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芭芒与其根内微生物的共生关系 ——“房东”和“房客”的和睦关系

来源: 时间:2021-06-04

  近日,省科学院生态环境与土壤研究所土壤生态修复研究团队揭示了地球化学条件对芭芒根相关微生物群的影响并预测了芭芒根相关微生物群提供的生态功能。相关研究论文被环境科学著名期刊《Journal of Environmental Sciences》收录为封面文章。


  JES封面文章

  植物根相关微生物群包括了根际微生物群落和根内微生物群落,他们就像是分别居住在植物根部表面和内部的房客。他们享受着房东提供的空间及设施,同时也会为这个“房子”做一些好事。例如:促进宿主植物生长;提高植物对土壤中重金属的抗性;缓解金属胁迫等。那他们是如何完成这些好事的呢?

  省科学院土壤环境所孙蔚旻课题组通过分析芭芒根相关微生物群落,描述了芭芒根内生微生物群落对金属污染的响应。芭芒是一种多年生的苇状草本植物,也是一种可以在金属污染土壤中生长的先锋植物,具有修复金属污染场地的潜力。课题组对污染场地及未污染场地上芭芒的根相关微生物群落的异同进行了对比,通过这种对比行为来阐明根微生物帮助植物抵抗金属污染的响应机制。


  图1. 芭芒核心内生菌种群


  图2. 芭芒核心内生菌种群在根内的相对丰度显著高于其根外的相对丰度


  图3. 微生物-环境因子互作关系由根外到根内逐步减少

  研究发现,芭芒会特异性地选择与其共生的微生物种类,并为这些“房客”提供稳定的生存环境(如图1、2、3)。同时,这些“房客”也为芭芒提供了多种回馈服务,其中就包括了提供营养物质,驱赶虫害,以及降低金属毒性等(图4)。


  图4. 微生物群落功能预测无机物运输及代谢(COG分类P)和次级代谢产物合成及运输(COG分类Q)等功能在植物根内得到显著富集

  研究证明,作为“房东”的寄主植物和作为“房客”的根内微生物群落之间具有相互选择、互惠共生的关系。但免费的“房子”也不是谁都能住的,为了适应生长环境,植物“房东”会从土壤微生物库中主动招募一些微生物,然后通过根际进行过滤,选择对自己有利的微生物为“房客”。同时,宿主植物会向根内生菌提供生长所需的养分,并对其提供一定保护作用,以减少土壤环境对根内生微生物的影响。而根内生菌则对植物的生长也具有一定的促进作用。例如,“房客”可以通过获取植物所需的营养元素和产生植物激素,起到直接促进植物生长,提高植物组织对金属累积能力的效果。此外,根据不同形态重金属毒性不同这一特点,根内生菌还可以通过调节金属形态,降低金属对寄主植物的毒性,间接促进植物生长。

  研究揭示地球化学条件对芭芒根相关微生物群的影响以及宿主植物在重金属污染环境中有效生存的原因,有利于进一步应用植物修复土壤重金属污染。

  论文信息:


  Xiaoxu Sun, Benru Song, Rui Xu, Miaomiao Zhang, Pin Gao, Hanzhi Lin, Weimin Sun,Root-associated (rhizosphere and endosphere) microbiomes of the Miscanthus sinensis and their response to the heavy metal contamination.Journal of Environmental Sciences

  原文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1001074220305155

  (省科学院土壤环境所 孙晓旭 黄端仪/供稿)

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