近日，省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所土壤生態(tài)修復(fù)研究團(tuán)隊(duì)揭示了地球化學(xué)條件對(duì)芭芒根相關(guān)微生物群的影響并預(yù)測(cè)了芭芒根相關(guān)微生物群提供的生態(tài)功能。相關(guān)研究論文被環(huán)境科學(xué)著名期刊《Journal of Environmental Sciences》收錄為封面文章。

　　JES封面文章

　　植物根相關(guān)微生物群包括了根際微生物群落和根內(nèi)微生物群落，他們就像是分別居住在植物根部表面和內(nèi)部的房客。他們享受著房東提供的空間及設(shè)施，同時(shí)也會(huì)為這個(gè)“房子”做一些好事。例如：促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)；提高植物對(duì)土壤中重金屬的抗性；緩解金屬脅迫等。那他們是如何完成這些好事的呢？

　　省科學(xué)院土壤環(huán)境所孫蔚旻課題組通過分析芭芒根相關(guān)微生物群落，描述了芭芒根內(nèi)生微生物群落對(duì)金屬污染的響應(yīng)。芭芒是一種多年生的葦狀草本植物，也是一種可以在金屬污染土壤中生長(zhǎng)的先鋒植物，具有修復(fù)金屬污染場(chǎng)地的潛力。課題組對(duì)污染場(chǎng)地及未污染場(chǎng)地上芭芒的根相關(guān)微生物群落的異同進(jìn)行了對(duì)比，通過這種對(duì)比行為來闡明根微生物幫助植物抵抗金屬污染的響應(yīng)機(jī)制。

　　圖1. 芭芒核心內(nèi)生菌種群

　　圖2. 芭芒核心內(nèi)生菌種群在根內(nèi)的相對(duì)豐度顯著高于其根外的相對(duì)豐度

　　圖3. 微生物-環(huán)境因子互作關(guān)系由根外到根內(nèi)逐步減少

　　研究發(fā)現(xiàn)，芭芒會(huì)特異性地選擇與其共生的微生物種類，并為這些“房客”提供穩(wěn)定的生存環(huán)境（如圖1、2、3）。同時(shí)，這些“房客”也為芭芒提供了多種回饋服務(wù)，其中就包括了提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，驅(qū)趕蟲害，以及降低金屬毒性等（圖4）。

　　圖4. 微生物群落功能預(yù)測(cè)無機(jī)物運(yùn)輸及代謝（COG分類P）和次級(jí)代謝產(chǎn)物合成及運(yùn)輸（COG分類Q）等功能在植物根內(nèi)得到顯著富集

　　研究證明，作為“房東”的寄主植物和作為“房客”的根內(nèi)微生物群落之間具有相互選擇、互惠共生的關(guān)系。但免費(fèi)的“房子”也不是誰都能住的，為了適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境，植物“房東”會(huì)從土壤微生物庫中主動(dòng)招募一些微生物，然后通過根際進(jìn)行過濾，選擇對(duì)自己有利的微生物為“房客”。同時(shí)，宿主植物會(huì)向根內(nèi)生菌提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，并對(duì)其提供一定保護(hù)作用，以減少土壤環(huán)境對(duì)根內(nèi)生微生物的影響。而根內(nèi)生菌則對(duì)植物的生長(zhǎng)也具有一定的促進(jìn)作用。例如，“房客”可以通過獲取植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素和產(chǎn)生植物激素，起到直接促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物組織對(duì)金屬累積能力的效果。此外，根據(jù)不同形態(tài)重金屬毒性不同這一特點(diǎn)，根內(nèi)生菌還可以通過調(diào)節(jié)金屬形態(tài)，降低金屬對(duì)寄主植物的毒性，間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

　　研究揭示地球化學(xué)條件對(duì)芭芒根相關(guān)微生物群的影響以及宿主植物在重金屬污染環(huán)境中有效生存的原因，有利于進(jìn)一步應(yīng)用植物修復(fù)土壤重金屬污染。

　　論文信息：

　　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

　　原文鏈接：

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

　　（省科學(xué)院土壤環(huán)境所 孫曉旭 黃端儀/供稿）