根际微生物研究进展.doc

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1、土 壤 (Soils), 2006, 38 (2): 113121 根际微生物研究进展 陆雅海， 张福锁 （中国农业大学资源与环境学院， 北京 100094） 摘 要 ： 根际是土壤 -植物生态系统物质交换的活跃界面。植物作为第一生产者同化大气 CO2，将部分光 合产物转运至地下，激发土壤微生物的生长和新陈代 谢；土壤微生物则将有机态养分转化成无机形态，利于植物 吸收利用。这个植物 -微生物的互作关系维系和主宰着陆地生态系统的功能。自从 100 年前德国科学家 Lorenz Hiltner 提出根际概念以来，根际研究方兴未艾，研究内容不断得以丰富和发展。近年来，随着分子生物技术在土 壤环境领域

2、的应用，根际微生物研究出现快速发展的趋势。本文根据 2004 年在慕尼黑召开的第一届国际根际大 会交流内容、结合近年来国际上报道的研究动向，对根际微生物研究方法、根际微生物生物多样性和生态功能、 转基因生物的环境 安全和根际微生物生物修复技术等内容作一综述。期望我国的根际微生物研究能在基础和应用 领域得到快速发展。 关键词： 根际；微生物生态； GMOs；根际生物修复； 16S rRNA； 18S rRNA 中图分类号： S154.3 1904 年，德国微生物学家 Lorenz Hiltner 提出 了根际概念，他将根际定义为根系周围、受根系生 长影响的土体。 100 多年来，根际研究方兴未艾

3、， 根际概念也 不断得以丰富和完善。为纪念根际概念 诞生 100 周年，亦为交流根际研究的最新进展， 2004 年 9 月在 Hiltner 的故乡、也是他曾工作多年的城 市慕尼黑召开了第一届国际根际大会。 450 多位 国际根际研究专家参加了会议，会议分成 16 个分 会，共有 113 个会议报告和 308 个墙报展示。微 生物是整个会议交流的重点，共有 9 个分会、 69 篇会议报告和 192 篇墙报报告微生物的研究进展， 分别占总数的 56%、 61% 和 62%。现根据会议交 流情况结合近 年来国际上根际微生物的研究动向， 对根际微生物研究的最新进展和面临的挑战作一概 要综述。 1 根

4、际微生物研究方法进展 环境微生物的生物多样性过去通常是用分离和 培养技术加以研究的。近 20 年来，分子生态技术 迅速发展，通过对环境 16S rRNA 基因进行的大量 研究表明，微生物生物多样性远比用传统方法估计 的要高 。微生物工作者惊奇发现环境中绝大部分 微生物实际上从没有得到过培养，这些未培养的微 生物 与 已培 养 的种 群 在 系 统 发育 上 存在 很 大 差 距 。根际与其他生境一样，用分子生态方法证明 根际微生物不仅具有丰富的多样性，而且含有大量 未培养的微生物种群 。但是尽管在包括根际在内 的不同生境中发现了大量未培养微生物，对这些微 生物在环境中的功能目前仍了解很少。大部

5、分根际 过程的微生物学机理尚不清楚。深入理解根际微生 物生化过程和植物 -微生物相互作用的机理仍然是 根际微生物工作所面临的重大挑战。近年来分子生 态方法已取得了 -系列新的突破性进展，这些新方法 使探索根际微生物不同个体的生态功能成为可能。 Hurek 等 提出测定环境微生物新陈代谢中 的关键基因能提供微生物群体的功能信息。例如固 氮基因特别适合于进 行固氮微生物的系统发 育分 析。建立功能基因文库可揭示根际微生物的功能多 样性。 mRNA 实时定量分析则可预测功能基因的表 达水平。 Martin 等 认为功能基因组学正在使生物 机理研究有了突飞猛进的进展。功能基因组学是分 析有机体的所有遗

6、传物质，并将遗传信息与有机体 的形态和功能联系起来。通过以基因组学为基础， 在不同水平上分析转录组学、蛋白组学和代谢组学， 基金项目：国家自然科学基金项目 (40571080)、农业部 948 重大国际合作项目养分资源综合管理技术引进与中国技术体系的建立和应用项目资助。 作者简介：陆雅海 (1963 )，男，浙江省上虞市人，教授，主要从事土壤微生物学的研究。 E-mail: 1 2 3 114 土 壤 第 38 卷 有可能使 生物共生关系的机理研 究取得突破性进 培养而直接原位探测微生物种类的功能 。目前此技 展。但是基因组学在共生菌根菌、细菌 -真菌 -植物 术已经应用于探测有机污染物的生

7、物分解。 Prosser 多级营养 关系的研究上还面临着 许多技术上的困 等认为此技术可用于原位探测参与根际碳流的活 难。将有机体之间的相互作用在分子层面上进行剖 跃微生物群落 。 Lu 等 用此技术测定了水稻根 析，不仅需要对单个基因进行了解、还需要对多个 系的产甲烷古生菌和产乙酸细菌群落。 面对这些相互作用的复杂性、面对根际微生物及其 共生体随根际生物、物理、化学条件而发生适应变 2.1 植物 -微生物相互作用 化的复杂性。目前， DNA 芯片技术已在植物和基础 在陆地生态系统中，植物是第一生产者，土壤 微生物学研究方面得到广泛应用，但在根际微生物 微生物是有机质的分解者。植物将光合产物以

8、根系 生态领域的应用尚属起步阶段。 Sanguin 等用 16S 分泌物和植物残体形式释放到土壤，供给土壤微生 rRNA 基因芯片技术观测玉米根际的细菌群体结构。 物碳源和能源；而微生物则将有机养分转化成无机 他们设计了包含 200 个正核苷酸探针（片段长为 养分，以利于植物吸收利用。这种植物 -微生物的相 20 碱基）的 DNA 芯片，测试玉米根际和根外土壤 互作用维系或主宰了陆地生态系统的生态功能。根 的微生物群体，当以 19 个农杆菌（ Agrobacterium） 据碳同位素示踪研究 ，禾谷类作物一生中， 约有 序列为目标时，根际 DNA 的杂交水平明显高于根 30% 60% 光合同化

9、产物转移到地下部，其中 40% 外土壤；但当用广谱性探针时，尽管有 12 个探针 90% 以有机和无机分 泌物形式释放到 根际 。 的杂交水平高于根外土壤， 41 个探针的杂交水平却 Lynch 和 Wipps 将所有从根释放的物质定义为根 明显低于根外土壤。 Shinano 等亦报道了用于探测 际淀积，其成分和数量受植物种类、年龄、土壤生 根际微生物群体的 DNA 芯片研制工作，通过用人 物、化学和物理因子的影响。 工细菌组 合，发现一些细菌，如 伯克霍尔德氏菌 根际微生物是受植物影响最大的土壤微生物群 （ Burkholderia）和芽孢杆菌（ Bacillus），很容易被 体。 与根外土

10、壤比，可溶性根系分泌物为微生物提 DNA 芯片检测到，但另一些细菌如农杆菌、根瘤菌 供了丰富的有效性碳源。 Piutti 等研究了玉米根际 （ Rhizobium）和亚硝化螺菌（ Nitrospira）却难以测 微生物群体的季节性变化，在营养生长阶段，根际 到 。这些研究表明用 DNA 芯片技术有可能对根际 微生物活性和细菌丰度明显高于根外土壤，但在植 微生物群体结构和功能进行高通量分析，但是技术 物生殖生长阶段，由于根系可溶性碳的释放下降， 本身尚有许多有待完善的地方。 根际效应随之消失，可培养细菌的生物多样性也明 在探索根际微生物功能的研究中，另一个新的 显下降 。 Zolotilina

11、等观察到沙漠野生植物的根际 方法是将稳定同位素标记技术与分子生态技术相结 细菌种类比根外土壤多 1.5 3 陪，根际微生物数量 合。这是一个很有应用前景的方法，在研究植物 - 在不同植物间有明显差异。 Costa 等用 PCR-DGGE 土壤生态系统物质流对根际微生物群落结构和功能 方法对 16S rRNA 和 18S rRNA 基因进行多态分 的影响方面大有用途。根际碳流是土壤微生物生物 析，发现细菌的 DGGE 指纹在根际和根外土壤有 多样性的主要驱动力。如何将根际碳流与微生物生 很大差别，根际微生物群体在不同植物间亦有很大 物多样性 联系起来一直是根际研 究的一个重要命 差异 。 Mar

12、schner 等用相似方法研究了根距、土壤 题。 Radajewski 等 首次报道稳定性同位素探针在 pH、植物类型和共生菌根菌对根际细菌群体结构的 环境微生物生态中的应用，此技术为测定微生物 底 影响。发现在玉米根际，离根 2 mm 土壤的细菌群 物利用和功能研究提供了强有力手段，特别适合于 体明显不同于 2 mm 以外土壤；在高梁根际，根系 根际生物过程的研究。技术要点是首先向受试环境 有机酸分泌引起的土壤 pH 变化影响了细菌群体 供应 C 标记底物，然后从环境提取核酸，用超速 结构；白羽扇翩豆的根际细菌群体结构也与有机酸 离心将核酸分成重核酸（ C 标记）和轻核酸（非 C 分泌作用密

13、切有关 。 Sharma 等用 PCR-DGGE 方 标记）若干部分。用分子生态技术分析 C 标记和 法研究了在中欧地区 3 种主要豆科作物根际微生 非标记的核酸，用系统发育分析方法确定活跃 物的生物多样性，发现发酵性细菌（ Firmicutes）是 和非活跃微生物的种类。此技术可避免实验室 所有豆科作物根际丰度最高的细菌种群，其次是变 6 8 基因的相互作用和表达进行研究。基因组学必须要 2 微生物生物多样性和 生态功能 9 9 6 6 6 7 13 13 13 6 13 第 2 期 陆雅海等：根际微生物研究进展 115 形杆菌（ Proteoabcteria）；作物种类对根际土壤细菌 系，

14、但当混合接种时，真菌间发生了竞争 。这些 种类的影响十分明显，如豌豆根际缺少 -变形杆 研究表明 根际内存在目前还很不清楚的生物间协作 菌，而蚕豆根际缺少 - 变形杆菌；羽扇豆和豌豆根 和竞争关系，这些关系显然会影响根际不同生物体 际的细菌结构比较接近，而与蚕豆根际的细菌结构 的群体结构和功能。 差异较大 。 Deubel 等研究了土壤 pH 和 P 供应状 2.2 植物有益细菌生物多样性 况对 3 种作物（大麦、豌豆、甘蔗）根系微生物的 根际存在着许多对植物有益的细菌群落，包括 影响， 3 种作物根系分泌物的差异导致了根际微生 生防细菌、能生产 植物生长激素的细菌和固氮菌等。 物群体功能的差

15、异 。以上这些研究表明根系分泌 在农业生态系统中，充分利用这些细菌的生物学潜 物的质和量对根际微生物群体结构和生态功能有很 力将有助于减少化肥和农药投入、促进植物生长、 大影响。 减轻环境污染，实现农业可持续发展。 根际微生物生物多样性不仅受植物种类、年龄 荧光假单孢菌（ fluorescent pseudomonas）的一 等因子影响，而且也受地上部生 物多样性的影响。 些基因型是最常见的生防细菌，它们能生产抗生素 Kowalchuk 等 研究了地上部 -地下部生物多样性 氰化氢（ hydrogen cyanide， HCN）和 2, 4-二乙酰 的耦联作用。他们认为地上部 -地下部的耦联作

16、用随 基藤黄酚（ 2,4-diacetylphloroglucinol， Phl），对许多 根距离的增大而减弱；地上部生物多样性对土壤微 病原菌有抑制作用 。在两种根腐病程度不同的土 生物结构的影响只在根际有明显反映；若将根际微 壤中， Ramette 等 用分子手段分析了 HCN 合成 生物分成植物根紧密结合型（如固氮细菌、菌根菌 基因的多态性，发现荧光假单孢菌有很多遗传突变 和内生细菌等）和非紧密结合型（如硝化细菌）两 型，土壤 Fe 的有效性可调节荧光假单孢菌的抗生 类，植物生物多样性对紧密结合型微生物的影响显 素生产能力。 Svercel 等从新老葡萄园（ 951 年和 著大于非紧密结

17、合型。他们还专门研究了植物种类 1603 年）和葡萄 -烟草轮作土壤分离荧光假单孢菌， 对未培养微生物如乳杆菌（ Acidobacterium）和疣微 并进行 HCN 和 Phl 基因的多态分析，发现葡萄根 菌（ Verrucomicrobium）的影响，发现植物对这些细 际的 HCN 和 Phl 基因 型假单孢菌 数高于烟草 根 菌有高度的选择性。这个研究表明植物生物多样性 际，老葡萄园土壤的 HCN 和 Phl 基因型高于新葡 对根际微生物、特别是紧密结合型微生物的生物多 萄园土壤；轮作降低了 HCN 和 Phl 基因型相对于 样性有很大的调控作用。植物间作套种能增加地上 总假单孢菌数的比

18、例；根系分泌物似乎促进了一些 部的生物多样性，这不仅可改善地上部生态功能 ， 生防细菌的发展 。 Bergsma-Vlami 等也研究了植 还可促进根际生物多样性。 Hiddink 等在 3 种土壤 物种类（小麦、甜菜、马铃茹和百合）对内生假单 上测试黑小麦和三叶草间作对微生物群体的影响， 孢菌生物多样性和抗生素生产的影响，发现除百合 发现间作降 低了黑小麦的发病指数。 16S 和 18S 根系外，其他植物均支持了大量生防假单孢菌的生 rRNA 基因分 析表明黑小麦和三叶草单作时，其根 长；用 DGGE 对 phlD 基因进行多态分析发现 500 际微生物群体有很大差异；但间作后一些三叶草根

19、个分离菌株可分成 7 个基因型；某些基因型有很高 际特有的微生物出现在黑小麦根际。这些结果表明 的植物专一性，但主要基因型没有植物专一性；小 间作可改变根际微生物群体结构并影响植物健康 。 麦根际抗生素的生产能力比其他植物根际强 。这 另一个影响根际微生物生物多样性的重要因子 些研究表明寄主植物种类对生防菌的成分、动态和 是生活在根际内的其他生物体、如菌根菌和原生动 活性有一定调节作用。 物等 。 Paul 和 Finlay 研究了森林土壤外生菌根 固氮细菌能将大气 N2 转变成氨态氮，是重要 菌对细菌生物多样性的影响。他们采集油松根系的 的植物有益细菌。固氮细菌可分成共生固氮菌和非 两种菌根

20、菌类型，用 DGGE 技术分析发现与两种 共生固氮菌。 Zakhia 等从 20 个豆科植物分 离到 菌根菌结合的细菌群体有明显差异。他们认为森林 100 多个共生固氮的根瘤 菌；部分根瘤菌具有耐盐、 土壤菌根菌的演体变化可能影响了细菌群体结构， 耐干旱特性。 Sarita 等试图用 nodC 基因作为分子 从而影响了森林土壤的生物地球化学过程 。 Jansa 标记物，从土壤中提取 DNA 直接进行根瘤菌生 等将 3 个菌根菌接种到韭葱和蒺藜状苜蓿两类植 物多样性分析，但 nod 基因的专一性有待进一步提 物，发现单独接种时， 3 种菌根菌均能很好定植根 高 。 Rothballer 等用多克

21、隆抗体方法原位测定了草 6 6 6 10 13 14 11 6 6 6 12 6 6 116 土 壤 第 38 卷 螺菌（ Herbaspirillum）在植物根系的定植能力，发 根际真菌的生物多样性不但受植物影响，还受外来 现草螺菌分别在 7 天和 14 天后进入芒根皮层细 真菌定植和田 间肥料管理等不 同因子的影响 。 根细胞间空隙。 Ofek 等 报道在蚕豆根系，侧根上有 大量草螺菌定植，但在主根上没有这些固氮细菌 。 3.1 转基因植物的生物安全 Nagarajan 等 从 不同 草 根 分 离 到 8 个 固氮 螺 菌 植物转基因技术正在迅速发展，许多农业和环 （ Azospiril

22、lum），发现它们的抗盐能力有明显差异 境问题有可能通过植物转基因技术得以解决。如马 铃薯生产常遇到病害发生，传统育种方法和田间管 理始终难以解决病害问题，发展以生物防治为目的 的转基因马铃薯可能为此提供一个有效途径。再比 但超积累 植物往往生物量低而达不到修复目的。利 用转基因技术可能既能促进植物超积累能力、又能 提高生物产量。但发展转基因植物的一个重要问题 （ Trichoderma）、 Plectosporium 和拟青霉（ Paeci- lomyces）丰度最高 。群体结构呈现季节性变化， 等用 DGGE 指纹分析研究了甜菜根际真菌群体的 生物多样性，发现甜菜品种对根际真菌的生物多样

23、性大于土壤类型的影响 。 Kamal 发现菌根菌接种 可显著减少土著真菌的生物多样性。他们将菌根菌 接种到甘蔗根系后，可分离的土著真菌从 22 种减 少到 9 种，有意思的是，减少的土著真菌大都属于 物群体的功能发生了变化 。 致病性真菌 。 Lumini 等报道长期施用化肥后，水 稻根系失去了菌根菌共生，但经 5 年连续施用有机 将一些有用基因导入到根际微生物，促进这些 肥后，水稻根系又恢复了菌丝体形成。可以看出， 微生物在生物防治、生物固氮和有机污染物的生物 6 胞和根中局细胞，扫描电镜观察到这些细菌定植在 3转基因生物环境安全 6 6 。 Heijden 等发现将根瘤菌接种到草原植物后，

24、根 瘤菌不仅增加了植被生物量，还促进了植被生物多 样性。共生关系可能增加了生态系统对稀有资源的 有效利用，从而影响生态系统的生产力和生物多样 如植物生物修复是一项受人关注的环境修复技术， 6 性 。显然，根际固氮细菌对环境有不同适应性， 其生物多样性有待开发利用。 伯克霍德氏菌（ Burkholderia）是一类广泛分布 的土壤细菌，对植物的影响既有促进作用也有抑制 是转基因植物可能带来的生态负效应。目前关于转 病害的作用。 Levy 等将伯克霍德氏菌定植到豆科植 基因植物对植物和动物的影响有许多研究，但转基 物刺槐种苗，发现伯克霍德氏菌增加了刺槐的发芽 因植物对土壤微生物群体的影响却研究较少

25、。对土 率，电镜观察发现伯克霍德氏菌在刺槐苗根内外都 壤生态系统，最令人担忧的后果是转基因植物 可能 有生长。白羽扇翩豆从排根释放大量有机酸而增强 激发或抑制非目标微生物种类，使土壤微生物群体 自身吸 P 能力， Unno 等用植物难以利用的植酸盐 结构发生变化，最终导致生态系统功能的改 变。 作为专性介质，在白羽扇翩豆根际分离到 300 个植 Baumgarte 等评价了 Bt 转基因玉米对土壤微生物 酸盐利用细菌， 16S rRNA 基因分析表明这些细菌 群体的影响。 Bt 毒素能防止玉米毛虫的侵害。转基 属于伯克霍德氏菌。 Peix 等报道在豌豆的根际和根 因玉米连续种植3 年后，作者用

26、分子手段分析土壤 外土壤存在溶磷细菌，在一个测试土壤，根际溶磷 总细菌、放线杆菌（ Actinobacteria）、 - 变形杆菌 细菌数高于根外土壤 。 和假单孢菌的生物多样性，发现尽管玉米品种、生 2.3 真菌生物多样性 育期、和土壤田块均对微生物群体结构产生一定影 菌根 菌与大部分陆生 植物形成共生 关系：植 响，玉米的转基因特性却没有产生明显影响；但玉 物向菌根 菌供应 光合产物，而菌 根菌则增强植物 米收获后，作物根茎残体仍含有较高 Bt 毒素。因 从土壤吸收难利用性养分的能力。 Opelt 等从 3 个 此，对 Bt 转基因玉米的环境评价还应包括收获后 不同土壤中分离到 4320

27、个真菌。这些真菌可根 6 的残体影响 。 Andreote 等研究了转基因烟草和桉 据形态分成26 类，其中青霉（ Peni cilli um）、木霉 树对根面和根际细菌群体的影响，发现转基因烟草 6 减少了根际放线菌（ Actinomycetes）丰度，而转基 因桉树使甲基杆菌（ Methylobacterium）细菌消失了 根际的真菌生物多样性高于根外土壤。 Oros-Sichler 6 。 Santomassimo等用盆栽和田间试验测定了几个 转基因植物对根际细菌群体结构的影响， DGGE 指 6 同 于 非 转 基 因 植 物 的 根 际 群 体 。 Villanyi 等 用 方法研究

28、表明， Bt 转基因玉米使根际微生 6 6 第 2 期 陆雅海等：根际微生物研究进展 117 修复中发挥更大作用，是目前环境生物技术令人注 有机污染的根际生物修复技术要求所用的生物 目的发展方向。这些技术可能在保护环境、促进低 降解细菌既要有 强的根际定植能力，又要在根际高 投入持续农业的发展中发挥巨大作用。但和转基因 水平表达降解基因。荧光假单孢菌株 F113 是一个 植物一样，基因工程细菌在释放之前，必须进行环 生防菌株，能有效定植不同植物的根际。以前的研 境生态安全评价。 Mark 等 认为安全评价至少应 究表明某些 F113 突变型能表达多氯联苯（ PCB） 包括对土著假单孢菌、共生固

29、氮菌和菌根菌等植物 降解 基 因， 但 基因 表 达水 平 很低 。 中华 根 瘤 菌 有益微生物群体的影响，对转基因工程 菌的安全评 （ Sinorhizobium meliloti）有一个 nodbox4 因子能调 价可用其野生型作对照。 节 nod 基因的高水平表达， Villacieros 等将从伯克 一些荧光假单孢菌株能产生 2,4-二乙酰基藤黄 霍德氏菌克隆的 bph 基因操纵子融合到中华根瘤 酚（ Phl），常被用作生防细菌。但 Phl 产量受复杂 菌的 nodbox4/nodD1 组合带，然后再导入 F113 基 的转刻因子和后 转刻因子调控，一个相应的基因工 因组，建立新突变

30、体 F113L:1180，此工程菌既保 程技术是通过修饰这类因子，增强 Phl 生产。欧洲 留原有的生防和根际定植能力，又表达 bphC 高水 已经研制并准备释放几个荧光假单孢菌的基因工程 平活性，具备优秀的生物修复潜力 。但其环境生 菌， Girlanda 等 和 Mark 等 对这些工程菌进行 态副作用尚待进一步研究。 与它们的野生型相似。相似地， Viebahn 等以恶臭 假单孢菌（ pseudomonas putida）株 WCS358r 为母 4.1 重金属污染 本，构建了两株工程菌，以提高抗生素吩嗪 -1-羧酸 自然选择导致生物体适应进化，如长期生活在 （ phenazine-1-

31、carboxylic acid， PCA）和 2,4-二乙酰 污染环境的植物和微生物会形成对污染物的抗性。 基藤黄酚的生产效率。他们将菌种以小麦种子包衣 菌根菌能改善土壤质量和植物生长，接种对污染物 形 式释 放到 土壤 ，进 行 连续 4 年试 验 ，然 后用 有抗性的菌根菌将有利于更好保护 植物免受污染侵 DGGE 进行微生物群体指纹分析，发现工程菌和非 害。 Turnau 等从污染土壤分离菌根菌，将获得的菌 工程菌对土壤微生物群体的影响有差异，工程菌对 根菌接种到蔬菜，降低了植物对重金属的吸收，减 少了污染土壤种蔬菜的健康危险性 。 Adriaensen 荧光假单孢菌株 Q8r1-96

32、已被用作小麦全蚀病的生 等 比较了污染和非污染森林土壤根际共生菌根菌 防菌 。 Blouin 等将 PCA 合成基因导入 Q8r1-96 构 对重金属的抗性。耐性菌种能有效保护树 木对养分 建一组新工程菌，这些新工程菌以种子处理方式释 的吸收，而敏感型菌种在重金属浓度升高时生长受 放到小麦田间。工程菌在单独接种时，其根际定植 到抑制，对树木的养分供应显著减少。他们认为树 和 存 活 能 力 与 Q8r1-96 相 同 ， 但 当 工 程 菌 与 木在重金属污染土壤的生长适应性可能来自于共生 Q8r1-96 同时接种时， Q8r1-96 抑制了工程菌在根系 菌根菌的遗传变异。砷 (As) 污染灌

33、溉水是孟加拉国 的定植。所以，增加抗生素的生产并不一定能增加 最严重的环境问题。 Ahmed 等从孟加拉国 As 污染 工程菌在根际的定植能力 。 土壤分离到不同菌根菌和根瘤菌，在 5 个 As 水平 巴西固氮螺菌（ Azospirillum brasilence）不仅能 土壤进行接种试验。菌根菌增加了植物高度、植物 固氮，而且能生产 Auxin 等植物生长激素。 Luyten 生物量、总叶数、根茎 P 浓度和固氮酶活性，同时 等将 IAA（吲哚乙酸）合成基因 ipdC 导入固氮螺 降低了根茎 As 含量。这些结果表明根际共生能改 善植物 N、 P 吸收，同时减少植物 As 毒害 。 Bare

34、a 进植物生长。他们将工程菌接种到菜豆后，评价了 等在 Pb、 Cd、 Ni 污染土壤分离和鉴定主要细菌和 工程菌对植 物根系土著根瘤菌的影响 。 Baudoin 真菌种属，得到丰度 最高的真菌为 VA 菌根真 菌 等也构建了 ipdC 基因高表达工程菌，他们进行多个 （ glomus mosseae）、丰度最高的细菌为芽孢短杆菌 工程菌和非工程菌的接种对比试验，发现工程菌对 （ Brevibacillus）。将 VA 菌根真菌接种到三叶草作 土著细菌群体的影响随实验条件而变。多数情况下， 物根系增加了植物根、茎干物重和植物 N、 P 含量， 工程菌的影响并不显著 。 同时降低了植物茎的含 C

35、d 量；而接种芽孢短杆菌 15 6 16 15 安全评价后声明这些工 程菌对土著细菌群体的影响 4污染环境的微生物生物修复 6 17 6 6 6 6 6 118 土 壤 第 38 卷 则增加了土壤脱氢酶、磷酸酶、 -糖解酶和植物生 强有机物的生物降解。如 Mackova 等将 3 种不同植 长素的活性，这些酶活性对植物根系生长有促进作 物种在多氯联苯长期污染的土壤上， 6 个月后，土 用。他们认为接种对重金属污染有抗性的微生物将 壤多氯联苯含量显著降低，其中烟草土壤的多氯联 在改善植物抗性和生物修复上有良好应用 前景 。 苯降低最多，他们发现植物显著增加了土壤细菌总 Tugarova 等研究了

36、重金属对 2 个固氮螺菌（ Sp245 数，其中烟草和龙葵植物显著增加了多氯联苯降解 和 Sp7）的影响。 Cu(II) 和 Cd(II) 降低了 2 个菌种 细菌数。根际共生菌根菌有助于植物养分吸收，增 的 IAA 生产，降低了它们对植物生长的促进作用。 加植物生长和根系生物量 。 Leyval 等认为菌根菌 但 Sp7 对重金属有一定抗性，其抗性可能与重金属 接种促进多环芳烃降解的原因是 菌根菌增加了根系 诱导的聚羟基丁酸酯（ Polyhydroxybu-tyrate）合成 生物量、促进了根际降解细菌的生长。他们将 VA 有关 。 菌根真菌接种到工业 污染土壤和多环芳烃加 富土 不同于有机

37、污染物，重金属难以被土壤微生物 壤，发现多环芳烃浓度在菌根菌接种的土壤低于非 降解，因此重金属污染的一个重要修复途径是通过 接种土壤，多环芳烃浓度随着根距增加而增加 。 超积累植物浸提去除土壤中重金属。 提高植物浸提 根际不仅分泌一般性有机物，而且可能产生特 效率是植物修复技术的关键。发达的植物根系往往 殊化合物，作为降解细菌的底物，促进降解细菌生 有利于植物吸收土壤重金属，因此在根际接种能促 长。 Leigh 等 通过实验室和温室根箱试验证实从 进植物根系生长的细菌，将有助于提高植物修复效 树根释放的芳香类化合物可作为多氯联苯降解菌的 率。 Bosco 和 Picard 从重金属超积累植物香

38、蓍草根 底物，激发它们的生长。所以一般在多年生植物土 系分离到 200 个产 auxin 细菌。通过 rDNA 扩增和 壤上，多氯联苯降解菌的丰度较高。他们在 5 类植 限制片断分析，发现产 auxin 细菌的生物多样性丰 物根际研究多氯联苯降解菌的动态，发现植树土壤 富，其中一组丰度较高的荧光假单孢菌属在整个植 的多氯联苯降解菌显著高于非植树土壤。丰度最高、 物生长季节都能检测到，有潜在的纯化和应用价值 多 氯 联 苯 降 解 潜 力 最 大 的 细 菌 是 G 的 红 球 菌 。增加植物对重金属的移动性是提高植物浸提效 （ Rhodococci）。他们 还发现某些树种特别能激发多 率的另一

39、有效途径，促进根系和根际微生物对重金 氯联苯降解细菌的生长。树根化学组成和周转速率 属 螯 合 物 的 分 泌 作 用 有 助 于 达 到 这 一 目 的 。 可能起重要作用。 Puschenreiter 等从 Ni 超积累植物遏蓝菜分离和鉴 在不少情况下，根际和根外土壤含有大量能降 定外生和 内生细菌，发现其中一 个内生甲基杆菌 解有机污染物的细菌，但是有机污染物常常与土壤 iEII1 能耐高浓度 Ni、生产铁运载体（ Siderophores）、 颗粒和有机物质结合在一起，其生物有效性很低。 并促进植物生长，其接种应用价值有待进一步开发。 所以在实施微生物生物修复时，首先必须提高有机 菌根

40、菌能增强植物对 P 和其他养分的吸收能力， As 污染物的生物有效性。有些植物根际能产生鼠李糖 和 P 有相似的化学性质，因此菌根菌接种有可能提 脂（ rhamnolipids）和生物表面活性剂，这些物质可 高超积累植物对 As 污染土壤的修复效率 。 Sylvia 增加有机污染物的溶解性和移动性，从而促进微生 和 Alagely 把 从污染土壤中分离的菌根菌接种到超 物降解。 积累植物蜈蚣草，发现菌根菌接种显著增加了植物 植物和微生物还可能进行协同代谢过程，如植 As 吸收和植物含 As 量 。 物释放某种特殊底物，诱导在降解过程中起重要作 4.2 有机物污染 用的双氧酶或其他酶的合成。 R

41、ugh 等将 18 种植物 由于工业、农业和城市污染，一些土壤的持久 种在多环芳烃处理土壤上，发现与 对照比，植物显 性有机污染物如多环芳烃类浓度不断升高。根际生 著增 加 了多 环 芳烃 的 生物 降 解， 总 细菌 数 和 菲 物修复技术因其高效低耗而受到普遍欢迎。但是对 （ Phenanthrene）降解菌也显著增加；分离到的降解 植物如何激发根际生物降解的机理目前了解很少， 菌比 对 照 土 壤的 降 解 菌 有 更强 的 降 解 能力 。 对降解微生物的种类、根际生态过程、降解基因和 Francova 等 从污染土壤分离到 2 个细菌：睾酮假 降解途径的多样性也只有零 星了解。一般认为根系 单孢菌（ Comamonas testosteroni） B-356 和伯克霍 分泌物促进根际微生物的生长和代谢过程，从而加