小慕课堂｜追“根”溯源——根际微生物大揭秘
慕恩生物2019-12-27 18:40
在全球气候不断变化的的背景下，随着世界人口的日益增长，优化粮食生产与环境变化之间的关系，显得尤为重要。
土壤是农业生产的根本，其本质属性是为植物提供养分，而土壤微生物在这一过程中起着关键作用。它们是陆地生态系统植物多样性和生产力的重要驱动者。可以想象，假如没有土壤微生物，很多自然土壤可能会是“不毛之地”。
那么，微生物在土壤中是均匀分布的吗？这些微生物和植物根系有着怎样的互动？为什么根际微生物被称为“植物的第二基因组”？
今天，小慕将带大家来一一探究。
01 土壤微生物，小个头大作为
土壤微生物，是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称，严格意义上应包括细菌、古菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类。
据粗略估计，即使在养分十分贫瘠的自然土壤上，每一克土壤中仍然会有数十亿微生物的存在，而至少 2 万个植物种类的生存离不开土壤微生物。
但在土壤中，微生物却不是均匀分布的，越靠近植物根部，微生物的种类、数量就越多，代谢活动也越强。
通常来说，植物根部的微生物包括了与外界土壤接触的根际微生物，根系表面的根表面微生物以及根系内部的根系内生菌。
这其中，生物多样性最高、与植物生长关系最紧密、也是目前研究最火热的领域之一，就是根际微生物。
02 根际，土壤微生物的乐园
1904 年，德国微生物学家 Lorenz Hiltner 首次提出了“根际( rhizosphere) ”这一概念。此后的100多年里间，这一概念被广泛地应用于土壤学、植物学和微生物学领域。
▲植物根际根际的范围很狭小，一般局限在根系表面几毫米的距离内。它是植物根系与许多微生物共同组成的一个生态区系，是养分、水分和其他物质进入根表面的门户，同时也是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域。
在“根际”这一特殊的生态环境中，土壤微生物的数量、种类以及代谢活动，比根际外多了几倍甚至几十倍，是土壤中微生物最活跃的区域之一，也是土壤微生物们最喜欢的大乐园。而这些紧密附着于根际土壤颗粒中的微生物，就是根际微生物。
研究表明，根际微生物所拥有的基因数量，远超植物本身基因的数量。 因此，根际微生物组也被称作植物的“第二套基因组”，对植物的生长发育具有至关重要的作用。
03 根际“益生菌”，作物的好伙伴
在根际微生物中，既包括可以通过养分竞争、拮抗作用和诱导系统抗性等机制抑制土壤病原菌，进而促进植物生长的根际“益生菌”；也包括可以抑制植物生长甚至导致植株死亡的根际“有害菌”。
正如人体中的肠道菌群参与了人的生长、发育和衰老的整个生命过程一样，这些根际“益生菌”对植物的生长发育也是至关重要。
它们的作用主要包括：
1、保护植物，抵抗病原菌与土传病害
2、产生植物激素，促进植物生长发育
3、活化根区养分，解锁绑定在土壤中的营养物质
4、增强植物对营养物质的吸收，增强植物抗逆性
事实上，根际微生物不仅对植物具有重要意义，其与植物之间更被喻为一个“超级生物体”(superorganism)，二者密不可分，互利共生。在植物的生长发育过程中，凋亡的根系、脱落物以及分泌物等，正是根际微生物重要的营养和能量来源。
目前，市场上已涌现出以芽孢杆菌类、木霉类等为代表的多款微生物肥料和微生物农药产品。这些产品中所使用的微生物菌种，有些分离自根际土壤，而有些则分离自非根际的普通土壤。
值得注意的是，那些来自非植物根际土壤中的微生物菌种，大多无法抵达植物根系，与植物形成共生关系，因此不论菌含量多高，施用后的效果都是微乎其微。只有那些真正分离自根际的微生物菌种，才能够成功定殖于植物根部，并持续发挥促生、防病、增产等诸多功效。
而且，由于根际微生物的生存并不依赖于土壤中有机质的多少，因此在具体的农业生产中，如果向土壤中施用的是这种分离自根际的微生物菌种，则无需担心这些微生物无法在贫瘠的土壤中存活，只要有植物根系，这些土壤“益生菌”就能够生存下来。
04 根际微生物，大有可为
目前，根际微生物在改善植物营养，土传病害防治、抵抗酸性土壤以及土壤重金属和有机污染修复等方面的功效已经得到了广泛认可。随着国内外微生物组研究的开展，根际微生物组的整体功能更受关注，已成为农业微生物领域的研究热点之一。
作为国内领先的微生物组发掘和产业化平台，近年来，慕恩生物在根际微生物领域的研究也取得了丰硕成果。
慕恩生物的菌养元（哈茨木霉） 、菌线灵（淡紫紫孢菌）、菌护盾（拜赖青霉）三款微生物菌剂产品所用菌株，均分离自植物根际，且是独属于慕恩生物的自有专利菌株，能够被植物根系所接受，成功定殖于植物根部，帮助植物增强营养物质吸收，抵抗病原菌，从而实现植株健壮、高产稳产的目的。
未来，慕恩生物将继续发挥自身优势，通过植物-微生物互作的全新角度，解决农药化肥过度施用带来的食品安全问题、连年耕作导致的土传病害问题，助力根际微生物在中国农业的可持续发展中发挥更为重要的作用。
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参考资料：
【1】林伟杰，纪成灿，顾钢，彭怀俊，根际微生物研究现状与应用前景，植物病理学研究进展（第五卷）
【2】麦靖雯，黎瑞君，张巨明，根际微生物研究概况，现代农业科技，2017年第13期
【3】陆雅海, 张福锁. 根际微生物研究进展[J]. 土壤, 2006, 38(2):3-11.
【4】沈仁芳，赵学强，土壤微生物在植物获得养分中的作用，生态学报，2015，35( 20) :6584-6591．
【5】艾超，孙静文，王秀斌，梁国庆，何 萍，周 卫，植物根际沉积与土壤微生物关系研究进展，植物营养与肥料学报，2015，21( 5) : 1343 － 1351
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