能够促进植物生长的植物根际细菌统称为植物根际促生菌(PGPR).PGPR的应用可以减少农药化肥的使用,有助于农业可持续性发展.过去二十多年中,围绕PGPR功能与作用机理相关的理论与应用研究取得了显著进展.本文旨在总结PGPR的促生与生防机制,重点探讨PGPR在参与植物营养元素的改善与摄取、产生植物激素、分泌信号小分子、合成挥发性有机化合物促进植物生长以及合成抗生素类物质拮抗植物病原菌五个方面的生物学功能,并探讨了PGPR在基础与应用两方面的后续研究方向,以期为未来PGPR相关研究提供理论参考.

Plants harbor diverse microbes(including bacteria,fungi,archaea,protists,and viruses)both inside and outside their tissues,so called the plant-associated microbiome.Decades of research have demonstrated the importance of plant microbiome in pro-moting the productivity and health of the plant in natural environ-ment because of their essential functions in improving plant nutrition and plant resistance to biotic and abiotic stresses(Trivedi,Leach,Tringe,Sa,& Singh,2020).Thus,a plant can be regarded as a holobiont comprising the host plant and the associ-ated microbiota(Hassani,Durán,& Hacquard,2018).Within the plant microbiota,mutualistic fungal and bacterial symbionts(e.g.mycorrhizal fungi and Rhizobia)are striking examples of microor-ganisms playing crucial roles in nutrient acquisition(Martin &van der Heijden,2024)and non-symbitic plant growth-promoting rhizobacteria or fungi(PGPR or PGPF)also have drawn interest due to their ability to improve soil properties and confer stress toler-ance in plants(Upadhyay et al.,2023).

[目的]Bacillus altitudinis LZP02 是一株水稻根际促生菌(PGPR),能定殖于水稻根部,形成生物膜,且Mn2+对LZP02 菌株生物膜形成具有促进作用,但调控机制尚不明确,旨在探究Mn2+对LZP02 菌株生物膜形成的促进机制.[方法]采用结晶紫染色法进行生物膜定量分析、蒽酮-硫酸法测定胞外多糖产量、扫描电镜(SEM)观察LZP02 菌株在水稻根际定殖情况、转录组学测序技术分析差异表达基因(DEGs).[结果]添加 4 mmol/L Mn2+和 8 mmol/L Mn2+显著提高了LZP02 菌株的成膜能力和胞外多糖产量,扫描电镜发现 4 mmol/L Mn2+和 8 mmol/L Mn2+提高了LZP02 菌株在水稻根际的定殖能力,随着Mn2+浓度的增加,DEGs数量显著增多,其主要富集在芽孢形成、毒素代谢途径和双组分系统中.1 mmol/L Mn2+和 4 mmol/L Mn2+处理组发现skf操纵子中基因的表达均上调.扫描电镜观察发现在 1 mmol/L Mn2+和 4 mmol/L Mn2+处理组中LZP02 菌体存在损伤.4 mmol/L Mn2+处理组双组分系统中KinE和Spo0A基因均显著上调.[结论]Mn2+通过"嗜食同类"和双组分系统中KinE基因激活Spo0A～P提高了菌株LZP02 的成膜能力.

[目的]黄淮海平原小麦玉米生产区主要实行冬小麦-夏玉米轮作种植模式.砂质潮土是广泛分布于黄淮海地区的土壤,属性和衍生障碍较多,包括结构性较差、蓄水保肥能力较弱等.为了提高肥料利用率、改善土壤肥力,综合实现作物产量提升和品质优化,筛选了一株多功能促生菌,并在该轮作体系验证其广谱促生效应.[方法]从玉米根际砂质潮土中筛选多功能促生菌,测定其产吲哚乙酸(IAA)、溶有机磷、解钾能力.通过形态学、生理生化及 16S rDNA序列分析方法对其种属进行鉴定.摇瓶条件下探究其产IAA的最适条件,通过玉米盆栽验证其促生能力,通过冬小麦-夏玉米大田试验验证其在轮作体系中的广谱性增产效果.[结果](1)试验筛选得到一株命名为YM3 的多功能根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),其产IAA能力达到59.21 mg/L、解有机磷能力达到 0.72 mg/L、解钾能力达到 18.56 mg/L.当装液量为 25 mL/250 mL,pH 6-8 范围内,分别以麦芽糖、蛋白胨为碳、氮源时,YM3 产IAA能力最佳.(2)玉米盆栽试验结果可见,与接种灭活菌相比,接种YM3 菌水剂的土壤IAA、速效磷、速效钾含量分别显著提高 75.00%、48.66%、20.00%.玉米幼苗的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数分别显著增加 67.95%、59.21%、51.13%、71.34%、92.06%.玉米植株的鲜重、株高、相对叶绿素含量、全氮、全磷、全钾分别显著提高了39.86%、23.51%、18.27%、17.68%、52.26%和 36.53%.(3)小麦玉米轮作大田试验结果表明,接种YM3 菌剂的小麦大田土壤有效氮、速效磷、速效钾分别显著增加了 9.08%、13.78%、16.66%,增产率达到 42.18%.玉米大田土壤速效磷和速效钾含量分别显著增加了 19.18%和 15.95%,增产率达到 13.22%.[结论]筛选得到的枯草芽孢杆菌YM3 菌株兼具产IAA、溶有机磷、解钾功能,在黄淮海平原小麦玉米轮作体系土壤中适应性强,广谱性强,能够提升砂质潮土土壤肥力,提高冬小麦-夏玉米轮作体系的产量.

根际微生物组是决定农作物健康状况的关键因素之一,也是调节农作物与生物和非生物环境相互作用的重要因素.植物根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)为农作物宿主提供了多种有益作用,通过化学交流以复杂的方式与农作物、土壤相互作用,进而促进农作物生长.本文综述了PGPR对农作物的促生机制、PGPR与农作物的互作及其在农业实践中的应用,并展望了 PGPR 在农业实践中应用的发展趋势,以期为今后 PGPR 的应用和研究提供新的思路和理论支撑.

通过产生ACC脱氨酶降低胁迫乙烯水平并缓解盐胁迫危害,是植物根际促生菌(PGPR)促进宿主生长和抗逆的重要机制.本研究提出了利用PCR技术快速检测产ACC脱氨酶细菌的快捷方法.以编码ACC脱氨酶的acdS基因为标记,分别使用acdSf3/acdSr4、DegACCf/DegACCr和F1936f/F1938r三对引物,对多种盐生植物和美洲黑杨(Populus deltoids)的根部及根际土中分离得到的细菌菌株进行检测.结果表明,结合acdSf3/acdSr4引物和递减PCR(touchdown-PCR)方法时,能获得单一的特异性扩增条带且扩增成功率高;但DegACCf/DegACCr和F1936f/F1938r两对引物特异性较差.从247个菌株中检测到25株含有acdS基因,旨为今后研究植物根际细菌acdS基因遗传性及储备丰富的功能性菌株奠定基础.

[背景]中国盐碱地面积大、分布广、类型丰富,主要分布在东北、西北、华北及滨海地区,近年来的研究表明通过生物治理方式接种植物根际促生菌可提高植物对盐胁迫的抗性,从而加速盐碱地治理.[目的]初步揭示肠杆菌(Enterobacter sp.) FYP1101对盐胁迫下小麦幼苗的促生效应和机理,以期为该菌株的田间应用提供理论依据.[方法]基于涂布划线技术,以植酸磷培养基进行分离纯化,分别以Ashby培养基、无机磷培养基进行具有固氮、解无机磷能力细菌的初筛,之后对纯化所得细菌进行固氮、解植酸磷、解无机磷、产铁载体、产1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶、产吲哚乙酸(IAA)能力的分析;基于16S rRNA基因序列对FYP1101做初步分类鉴定;设置3种处理(施加含FYP1101的颗粒菌肥,FP;施加不含菌的空载体颗粒,NK;颗粒菌肥和空载体颗粒都不施加的空白处理,CK),采用盆栽试验分析不同处理下的盐胁迫小麦生长性状及其根际土理化性质变化.[结果]共分离得到96株菌,其中一株编号为FYP1101的菌株耐盐性达8％,且具有较强的固氮能力[固氮酶活性为2.59 nmol C2H4/(h·mg蛋白)]、解植酸磷能力(2.70 μg/mL)、解无机磷能力(4.29 μg/mL)、产铁载体能力(D/d为2.88)、ACC脱氨酶活性[7.32 μtmol 6c-丁酮酸/(h·mg蛋白)]、产IAA能力(24.93 mg/L);基于16S rRNA基因序列,将FYP1101鉴定为Enterobacter属的菌株;FP相比NK和CK处理,显著提高了盐胁迫下小麦的叶绿素含量及地上和地下的生物量(提高约19％-54％),显著增加了根长(增幅约46％);根际土有机质和速效氮含量也显著提高,提高约52％-98％,根际土pH略降低(0.12和0.17),盐度升高约40％.[结论]Enterobacter sp.FYP1101具有多种植物促生特性,可显著影响盐胁迫下小麦幼苗根形态的建成,提高根际土营养、降低小麦对盐的吸收,促进小麦幼苗生长,在促进植物适应逆境胁迫方面具有良好的应用潜力.

[目的]本研究分析三株固氮菌PGPR性状特征及其对中国青菜产量和土壤酶活的影响.[方法]氮(N)-修复(固氮)细菌被认为是一种能够促进植物生长和增产的施氮方式.在本研究中,我们用无氮培养基分离出了30株根际固氮细菌:11株来自小麦根际,16株来自中国青菜根际和3株来自莲花根际.基于16S rDNA序列分析,对小麦、中国青菜和莲花等植物根际中属于类芽孢杆菌属的主要固氮细菌进行研究.[结果]本研究从这30株固氮菌中筛选出三株属于类芽孢杆菌属(Paenibacillus)的细菌,分别命名为P-4、W-7和L-3,它们的固氮酶活性不但高于对照组(圆褐固氮菌),而且可以有效抑制两种或三种植物病原菌的生长,即核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)、玉蜀黍赤霉(Gibberella zeae)和棉花黄萎病菌(Verticillium dahliae).菌株W-7还具有溶解难溶磷的能力,中国青菜在接种菌株W-7和L-3后,其鲜重显著增加,同时改变了田间土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性;而接种了菌株P-4对植物的生长和酶活性没有显著的影响.[结论]土壤蔗糖酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与中国青菜的生物量呈正相关.同时,菌株W-7和L-3具有促进植物产量和提高土壤质量的良好潜力.

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与根围促生细菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)联合降解有毒有机物、修复污染土壤和促进植物生长的作用倍受关注.本试验旨在探究AMF与PGPR联合降解土壤中菲和芘的效应,以菲和芘1∶1混合处理浓度各0、50mg/kg、100mg/kg和150mg/kg下对高羊茅Festuca elata接种AMF根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices(Ri)、变形球囊霉Glomus versiforme(Gv)、PGPR荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens Ps2-6、芽孢杆菌Bacillus velezensis Ps3-2、Ri+Ps2-6、Ri+Ps3-2、Gv+Ps2-6、Gv+Ps3-2和不接种对照共36个处理.结果表明,供试AMF增加了PGPR的定殖数量;接种PGPR则显著提高AMF的侵染率.AMF、PGPR或AMF+PGPR处理均显著降低土壤中菲和芘含量,促进植物对土壤中菲和芘的吸收,显著提高高羊茅根系和叶片内的菲和芘含量.在土壤中菲和芘100mg/kg和150mg/kg水平下,Gv与Ps2-6及Ri与Ps2-6能相互促进对土壤中菲和芘的去除效应,其中接种Gv+Ps2-6组合处理的去除率最高,达到95％-98％,土壤中多酚氧化酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性显著高于单接种处理和不接种对照,而酸性磷酸酶活性变化则表现为相反趋势.其中以Gv+Ps2-6组合处理的多酚氧化酶活性最高,为0.17mg/g,是不接种对照的1.9倍;脱氢酶和过氧化氢酶活性分别达到1.32μg/(g.h)和1.81mL/g;酸性磷酸酶活性则比不接种对照土壤降低27％-45％;易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量和总球囊霉素相关土壤蛋白含量分别是不接种对照的1.6倍和1.5倍.

为获得野大豆根际促生菌(Plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)并明确其促生特性,采用选择培养方法从沈阳沈北新区蒲河沿岸生长的野大豆根瘤及根际土壤中分离筛选固氮菌与解磷菌,进行形态学、生理生化指标和16S rDNA分子生物学鉴定.采用Touch-Up PCR(上升PCR)的方法扩增固氮酶nifH结构基因,对菌株的解磷、分泌3-吲哚乙酸(IAA)的能力及ACC脱氨酶的活性进行测定分析,筛选出优良菌株进行盆栽大豆的促生作用研究.结果得到12株野大豆PGPR 菌,经鉴定分别归属于芽孢杆菌属(Bacillus)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)、根瘤菌属(Rhizobium)、詹森氏菌属(Janthinobacterium)、鞘氨醇单胞菌(Phingomonas)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和根癌农杆菌属(Agrobacterium);其中 2株可解有机磷,11株可解无机磷,3株具分泌IAA能力,5株具ACC脱氨酶活性.盆栽试验表明:3株菌(GD11、GD17、GD58)可使大豆幼苗株高增长,5株菌(GD9、GD11、GD17、GD30、GD58)可使根长增长;6株菌可提高大豆幼苗的茎干重、叶干重、根干重.野大豆根瘤和根际土壤含有多功能根际促生菌,其在农业生产上具有潜在的应用价值.