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1、萬方數(shù)據(jù)土壤(Soils)，2006，38(2)：113-121根際微生物研究進展①陸雅海，張福鎖(中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100094)摘要：根際是土壤一植物生態(tài)系統(tǒng)物質交換的活躍界面。植物作為第一生產者同化大氣CO：，將部分光合產物轉運至地下，激發(fā)土壤微生物的生長和新陳代謝；土壤微生物則將有機態(tài)養(yǎng)分轉化成無機形態(tài)，利于植物吸收利用。這個植物一微生物的互作關系維系和主宰著陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能。自從100年前德國科學家LorenzHiltner提出根際概念以來，根際研究方興未艾，研究內容不斷得以豐富和發(fā)展。近年
2、來，隨著分子生物技術在土壤環(huán)境領域的應用，根際微生物研究出現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。本文根據(jù)2004年在慕尼黑召開的第一屆國際根際大會交流內容、結合近年來國際上報道的研究動向，對根際微生物研究方法、根際微生物生物多樣性和生態(tài)功能、轉基因生物的環(huán)境安全和根際微生物生物修復技術等內容作一綜述。期望我國的根際微生物研究能在基礎和應用領域得到快速發(fā)展。關鍵詞：根際；微生物生態(tài)；GMOs：根際生物修復；16SrRNA；18SrRNA中圖分類號：S154．31904年，德國微生物學家LorenzHiltner提出了根際概念，他將根際定義
3、為根系周圍、受根系生長影響的土體。100多年來，根際研究方興未艾，根際概念也不斷得以豐富和完善。為紀念根際概念誕生100周年，亦為交流根際研究的最新進展，2004年9月在Hilmer的故鄉(xiāng)、也是他曾工作多年的城市一慕尼黑召開了第一屆國際根際大會。450多位國際根際研究專家參加了會議，會議分成16個分會，共有113個會議報告和308個墻報展示。微生物是整個會議交流的重點，共有9個分會、69篇會議報告和192篇墻報報告微生物的研究進展，分別占總數(shù)的56％、61％和62％。現(xiàn)根據(jù)會議交流情況結合近年來國際上根際微生物的研究
4、動向，對根際微生物研究的最新進展和面臨的挑戰(zhàn)作一概要綜述。1根際微生物研究方法進展環(huán)境微生物的生物多樣性過去通常是用分離和培養(yǎng)技術加以研究的。近20年來，分子生態(tài)技術迅速發(fā)展，通過對環(huán)境16SrRNA基因進行的大量研究表明，微生物生物多樣性遠比用傳統(tǒng)方法估計的要高【11。微生物工作者驚奇發(fā)現(xiàn)環(huán)境中絕大部分微生物實際上從沒有得到過培養(yǎng)，這些未培養(yǎng)的微生物與已培養(yǎng)的種群在系統(tǒng)發(fā)育上存在很大差距【2】。根際與其他生境一樣，用分子生態(tài)方法證明根際微生物不僅具有豐富的多樣性，而且含有大量未培養(yǎng)的微生物種群13J。但是盡管在包括
5、根際在內的不同生境中發(fā)現(xiàn)了大量未培養(yǎng)微生物，對這些微生物在環(huán)境中的功能目前仍了解很少。大部分根際過程的微生物學機理尚不清楚。深入理解根際微生物生化過程和植物一微生物相互作用的機理仍然是根際微生物工作所面臨的重大挑戰(zhàn)。近年來分子生態(tài)方法已取得了一系列新的突破性進展，這些新方法使探索根際微生物不同個體的生態(tài)功能成為可能。Hurek等14J提出測定環(huán)境微生物新陳代謝中的關鍵基因能提供微生物群體的功能信息。例如固氮基因特別適合于進行固氮微生物的系統(tǒng)發(fā)育分析。建立功能基因文庫可揭示根際微生物的功能多樣性。mRNA實時定量分析則
6、可預測功能基因的表達水平。Martin等協(xié)J認為功能基因組學正在使生物機理研究有了突飛猛進的進展。功能基因組學是分析有機體的所有遺傳物質，并將遺傳信息與有機體的形態(tài)和功能聯(lián)系起來。通過以基因組學為基礎，在不同水平上分析轉錄組學、蛋白組學和代謝組學，①基金項目：國家自然科學基金項目(40571080)、農業(yè)部948重大國際合作項目養(yǎng)分資源綜合管理技術引進與中國技術體系的建立和應用項目資助。作者簡介：陸雅海(1963—)，男，浙江省上虞市人，教授，主要從事土壤微生物學的研究。E—mail：yhlu@cau．edu．cn萬
7、方數(shù)據(jù)114土壤第38卷有可能使生物共生關系的機理研究取得突破性進展。但是基因組學在共生菌根菌、細菌一真菌一植物多級營養(yǎng)關系的研究上還面臨著許多技術上的困難。將有機體之間的相互作用在分子層面上進行剖析，不僅需要對單個基因進行了解、還需要對多個基因的相互作用和表達進行研究。基因組學必須要面對這些相互作用的復雜性、面對根際微生物及其共生體隨根際生物、物理、化學條件而發(fā)生適應變化的復雜性。目前，DNA芯片技術已在植物和基礎微生物學研究方面得到廣泛應用，但在根際微生物生態(tài)領域的應用尚屬起步階段。Sanguin等用16SrRN
8、A基因芯片技術觀測玉米根際的細菌群體結構。他們設計了包含200個正核苷酸探針(片段長為20堿基)的DNA芯片，測試玉米根際和根外土壤的微生物群體，當以19個農桿菌(Agrobacterium)序列為目標時，根際DNA的雜交水平明顯高于根外土壤；但當用廣譜性探針時，盡管有12個探針的雜交水平高于根外土壤，41個探針的雜交水平卻明顯低于根外土壤。S
