植物微生物组群落构建及其病害防治应用进展

植物表面及内部定殖着种类丰富的微生物群落,这些微生物与植物经过长期进化形成了互利共生的功能整体,植物寄主为微生物提供生长空间和营养,而微生物则在植物生长发育、营养摄取及植物逆境抗性等方面发挥作用。微生物群落的变化受到各种生物和非生物因素影响,目前人们对于不同因素如何驱动微生物群落构建及如何利用功能微生物提高寄主植物抗逆性等的认识仍不深入,这严重阻碍了微生物群落应用的发展。明确微生物群落构建的机制和微生物群落之间的相互作用机制,有利于扩宽微生物群落应用的深度和广度。本文总结了不同植物寄主、同一寄主不同生态位及不同生长阶段下的微生物群落差异,阐述了生物因素(生态位、病原入侵等)及非生物因素(地理位置、季节变化等)对植物地上及地下微生物群落的影响及作用机制,解析了植物微生物间的相互作用以及微生物通过竞争和诱导植物系统抗性降低病害发生的机理,介绍了合成菌群在植物应用中的研究进展,最后对微生物组在未来发展过程中可能遇见的问题进行了展望,将有效助力微生物组在植物病害防治方面的绿色高效应用。

新型单室植物微生物燃料电池的产电性能研究——以优选翠芦莉为例

以石墨碳棒为阳极,面状石墨碳毡为阴极,构建新型单室微生物燃料电池,并与传统单室结构进行对比,考察反应器结构对P-MFC产电性能的影响,并以翠芦莉、灰莉、鸢尾3种观赏类植物作为植株选种进行实验,比较其产电性能,分析植株生理机制与产电性能的关系,结果表明:新型反应器的性能是传统结构产电性能的2~3倍,最大输出功率密度由5 095 m W·m^(-2)增加到1 5198 m W·m^(-2),而且以翠芦莉构建P-MFC产电性能较优,最高电压为0.943 V,最大功率密度可达19.761 W·m^(-2),为植物微生物燃料电池的应用提供一定的理论依据。

现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用

植物微生物生态学是研究植物微生态系统的一门学科,以植物组织细胞内微生物的组成、功能、演替,以及微生物之间和微生物与宿主之间的相互作用关系为研究对象。现代生物化学与分子生物学技术在植物微生物生态学研究领域的作用日益明显。介绍了上述技术及其在植物微生物生态学研究领域的应用进展,并对其在该领域的利用和发展进行了展望。

植物微生物燃料电池技术的研究进展

植物微生物燃料电池(plant-microbial fuel cell,P-MFC)是一项新型的能源技术,该技术利用植物的光合作用,为具备产电能力的微生物持续提供基质,由此源源不断的输出电能,实现太阳能至电能的转化。植物微生物燃料电池能够与多项现有环境治理技术和能源工程技术相结合,对环境友好,具有良好的应用前景。

植物微生物组的功能及应用研究进展

健康的植物中生活着多种多样但分类学结构不同的微生物群落,它们在所有可接触到的植物组织中定殖。这些微生物群落赋予植物宿主健康优势,包括促进宿主植物生长、营养吸收、抗逆性和对病原菌的抵抗力等。植物菌群及其相互作用具有高度的多样性,多种因素决定着群落的组成和功能。虽然从19世纪开始植物菌群就被人们所认识,但对其功能及应用的相关研究却从20世纪80年代才开始蓬勃发展。综述了植物及相关微生物群落和环境之间遗传、生化、物理和代谢相互作用的复杂网络及其研究方法与应用的研究进展,以期为绿色农业、环境生态保护等提供新的思路。

生防芽孢杆菌及假单胞菌拮抗植物微生物病害研究进展

植物微生物病害不仅会导致农作物减产,而且可能使真菌毒素残留在农作物中,严重威胁农作物生产。由于运用化学农药防治途径存在很大的局限性,如抗药性和残留污染等,广大学者越来越重视研究微生物防治植物微生物病害的方法。该研究对拮抗菌的主要种类、拮抗植物病害的研究现状、生防菌的基因工程技术研究进行了综述,并总结了拮抗植物病害的研究前景。

现代生物化学与分子生物学在植物微生物生态学中的应用

伴随我国社会的不断进步,生态环境问题也逐步得到了广泛关注。植物微生物生态学的主要研究方向是植物微生态系统,其主要研究的对象是植物各组织细胞内的微生物的构成、演变、更替、基本功能、微生物与其宿主之间的效能。微生物系统对人类赖以生存的环境有很重要的影响,然而现代生物化学与分子生物学技术在植物微生态系统研究领域的作用越来越明显。因此,本文针对现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用进行简要分析。

现代生物化学与分子生物学研究技术在植物微生物生态学中的应用

随着生物学的不断发展、进步,植物微生物生态学也日益受到研究者的关注,这是因为微生物系统会影响人们生活的生态环境,而世界各国都在致力于保护人类生活的环境。所以植物微生物生态系统的研究是一件必不可少的工作。而植物微生物生态学的研究依赖于现代生物化学和分子生物学所提供的技术。本文浅要分析这两项生物技术给植物微生物生态学的研究提供的一些科学方法,以及分析该研究发展方向。

氮磷养分介导的植物–微生物互作研究进展

氮、磷是植物生长发育所必需的大量营养元素,植物对氮磷养分的高效吸收利用与外界环境密切相关,同时氮磷养分又会影响植物的环境适应性。为此,植物如何整合适应不同的外部环境,特别是生物环境,以实现氮磷养分的高效吸收利用,是植物营养研究领域的前沿新热点。本文对近年来氮磷养分介导的植物-微生物互作研究进展进行综述,主要涉及氮磷养分介导的有益和有害生物互作研究,阐释了氮磷核心转录调控因子NLPs和PHRs在调控植物-微生物互作过程中的重要作用,总结了植物体内磷素感受蛋白SPXs在调控植物-微生物互作过程中的功能多样性。此外,本文还对未来氮磷养分介导的植物-微生物互作研究的关键点进行了展望。

植物-微生物电化学耦合降解底泥中氯硝柳胺的特性

以植物-底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解为研究对象,研究了外加电压、植物(菖蒲(Acorus Calamus L.)和黑麦草(Lolium Perenne L.))以及生物表面活性剂(鼠李糖脂)对氯硝柳胺降解的影响。研究结果表明:外加适量的直流电压可以对底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解产生一定的促进作用,1.2 V外加电压作用下的底泥-微生物电化学耦合系统中氯硝柳胺降解的半衰期比0.2 V减少了11.59%;植物对底泥中氯硝柳胺降解具有促进作用,1.2 V电压作用下的菖蒲和黑麦草微生物电化学耦合系统氯硝柳胺降解半衰期比无植物时分别减少7.43%和1.58%;外加适量的鼠李糖脂对于底泥中氯硝柳胺的降解具有促进作用,外加1.2 V电压,在且菖蒲-底泥-微生物电化学耦合系统中加入0.50 g·kg^(-1)鼠李糖脂,氯硝柳胺降解半衰期最小,比不加入鼠李糖脂减少26.45%。耦合系统中的氯硝柳胺通过生成2-氯-4-硝基苯胺、5-氯水杨酸等中间产物逐渐降解,最终生成CO_(2)、H_(2)O等。

植物-微生物联合修复石油烃污染土壤研究进展

石油烃污染引发了严重的土壤污染问题,在各种修复技术当中,植物-微生物联合修复技术以成本低、修复效果好、二次污染少等优点得到广泛重视。文章以植物-微生物联合修复技术为中心,阐述了内生菌-植物联合修复和植物-根际微生物联合修复两种典型的联合修复技术的原理以及最新的应用进展,并总结了当前植物-微生物联合修复技术研究的不足,以期为石油烃污染土壤的生物修复提供参考。

植物生长促进微生物对干旱胁迫条件下植物生长的影响

干旱胁迫是植物受到的重要非生物胁迫之一,不仅对植物的生长繁殖有严重影响,造成作物的减产,还会破坏生态环境。目前,人们除了通过建设灌溉工程等措施人为改善植物的生长环境来提高植物的存活率外,还以植物生长促进微生物(PGPM)作为植物生长调节剂来维持植物正常的生理生化反应,缓解干旱胁迫对植物造成的不良响应。本文以干旱胁迫下植物生长促进微生物如何促进植物生长为研究目的,通过查阅文献资料,对相关内容进行总结,旨在阐明干旱胁迫下植物生长促进微生物对植物生长的正向调控作用。

微生物强化植物修复铅污染土壤研究

微生物—植物联合修复是一种修复效果好、应用前景广阔的重金属污染土壤修复技术。本论文旨在通过盆栽试验来研究耐铅乳酸菌与黑麦草联合修复铅污染土壤的能力。结果表明,投加E. faec iumDUTYH_16120012后,黑麦草的生长量显著增加,富集转运铅的能力显著提高,表明该菌株显著提升了黑麦草对铅污染土壤的修复效率。

微生物强化植物修复技术治理底泥内源污染

黑臭水体底泥内源污染的有效治理已成为我国生态文明建设的重要工作。植物修复技术应用较广泛,微生物菌剂因不外加化学药剂而逐渐被认可。采用微生物强化植物修复技术净化黑臭水体,考察单一微生物、单一植物、微生物-植物联合对底泥中氮、磷等内源污染物的去除效果。结果表明:脱氮解磷菌和植物联合技术表现出对TN和TP等污染物较好的去除效果,反应器运行56 d后,底泥中TN和TP的去除率分别为43.59%和52.10%,较单一微生物组分别提升8.74%和5.27%,较单一植物组分别提升19.47%和9.76%;微生物与植物协同作用,可增大底泥中氮、磷的释放和吸收速率,促进氮、磷循环。微生物高通量测序结果表明,微生物-植物体系中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,相对丰度54%),优势菌纲为γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,相对丰度49%),优势菌属为空洞菌属(Cavicella,相对丰度10%)。微生物强化植物修复技术可为黑臭水体底泥内源污染的治理提供技术支撑。

全基因组关联分析研究植物与微生物组的互作遗传机制

所有栖息在植物宿主上的微生物被称为植物微生物组。随着高通量测序的发展,植物微生物组作为一个复杂的生态系统已经被广泛关注。植物微生物组群落的结构和功能等方面已得到了深入细致的研究,而植物与微生物组的互作机制仍有待探索。全基因组关联分析(Genome-Wide Association Analysis Study, GWAS)作为一种有效的手段已经被用来研究宿主和微生物组之间的关系。本文基于国内外最新研究进展,从以下方面进行综述,包括植物对微生物组的调控,以及如何应用GWAS研究植物与微生物组互作遗传机制,重点阐述了植物与微生物组关联分析中微生物组作为“拓展表型”数据的选择,并且总结了植物宿主影响微生物组的遗传机制,旨在阐明宿主遗传因素对微生物组的调控,增进对植物与微生物组互作的理解。

植物-微生物联合修复重金属铬污染土壤研究

在铬污染土壤中加入活性污泥,并种植万寿菊,进行植物和微生物联合修复重金属铬污染土壤的实验。实验表明:添加污泥增加了铬污染土壤中微生物的丰度,同时降低了六价铬的含量,并且土壤中六价铬的含量随着活性污泥比例的增加而下降,说明微生物对土壤修复起到了积极的作用。土壤中铬的含量一定程度上会影响植物的生长,但微生物对重金属的的转化作用,使植物的耐受性增加,促进了植物对土壤中铬的吸收,提高了对污染土壤的修复能力。植物生长过程中对土壤中的铬进行了富集,万寿菊对铬的转运能力随着土壤中的铬浓度增加而增加。

植物-微生物燃料电池对土壤中纳米氧化锌及锌离子扩散的阻截效应

植物-微生物燃料电池(plant-microbial fuel cell,P-MFC)是一种新型的能源技术,通过植物微生物的代谢互营和后者的胞外电子呼吸作用实现太阳能-化学能-电能的转化,并通过在土壤中形成微电场影响金属离子的迁移行为.通过引入水生植物白鹤芋构建植物-微生物燃料电池系统探究其对土壤中ZnO工程纳米颗粒及离子流转的阻截效应,同时评价P-MFC对ZnO工程纳米颗粒暴露后土壤酶活性及土壤微生物代谢活性的影响.结果显示,P-MFC搭建2周后可启动并持续产电,输出电流稳定在50 mA左右,运行期间对土壤的荧光素二乙酸水解酶和脱氢酶活性无显著影响,且白鹤芋植株生长良好.较之对照,双电极P-MFC处理中可将大部分纳米氧化锌颗粒截留在阳极碳毡下1 cm处,而95%的释放锌离子都被截留在阴极碳毡下1~2 cm土层范围内,土层下7 cm处无离子态氧化锌测出.较之对照,P-MFC显著抑制了土壤中ZnO工程纳米颗粒的锌离子释放行为,同时对释放的锌离子有向阴极驱动的作用,表现为显著的阻截效应.

植物微生物组生态功能与群落构建过程研究进展

植物各个器官表面及内部定殖着高度多样化的微生物群落,这些微生物与植物长期共进化,作为宿主植物的“共生功能体”(holobiont)在植物生长发育、养分吸收、病害抵御和环境胁迫适应性等方面发挥了重要作用。得益于近10年来多组学技术的发展和应用,有关植物微生物群落的多样性、组成和功能特征、群落构建的驱动因素和植物–微生物互作机制等方面研究取得了一系列重要进展。然而,与土壤微生物组相比,目前对植物微生物组的认识及其应用尚且不足。本文系统总结了植物微生物组的组成特征,植物微生物在调节植物生长发育、促进养分吸收、提高病害抵御能力及环境胁迫适应性等方面的功能及作用机制,从宿主选择、环境因子以及生物互作3个方面总结了驱动植物微生物群落构建的因素,并着重阐述了植物–微生物互作如何塑造植物微生物群落以及如何调节对植物的有益功能。此外,我们对未来植物微生物组研究和应用面临的挑战进行了展望,如核心微生物组挖掘和合成群落构建,植物–微生物互作的分子调控机制,植物微生物群落水平上的互作机制等。深入理解植物微生物群落特征、生态功能以及构建过程对于精准调控植物微生物组以提高植物适应性和生产力以及维持生态系统健康具有重要意义。

石油污染土壤处理新技术——植物型微生物燃料电池的适用性

石油在炼制、储运和使用过程中对土壤造成污染,处理难度高。针对这一问题,以受石油污染的土壤为阳极底泥,构筑植物型微生物燃料电池(PMFC)。通过检测输出电压、功率密度、表观内阻和石油去除率,对电池植物和电极材料进行优选,并用优化后的PMFC探究其适用性和石油含量的范围。结果表明,绿萝在PMFC的厌氧环境中不能成活,而白鹤芋-PMFC的产电性能和降解性能均优于香菇草-PMFC;碳毡-PMFC的产电性能和降解性能较碳海绵-PMFC有明显的提升。以白鹤芋为电池植物、碳毡为电极材料的PMFC适用于石油含量为1~15 g/kg的污染土壤,并且随着石油含量的增加,PMFC的产电性能和降解性能均呈现出先升高后降低的趋势,最佳石油含量适用范围为5~10 g/kg。PMFC技术为石油污染土壤处理提供了一种新的思路,能在有效处理土壤污染问题的同时发电,实现双赢。

植物-微生物联合修复重金属的研究进展

重金属污染严重威胁到农作物安全和人体健康。植物修复重金属污染方面已有大量研究,其中植物-微生物联合修复被认为是改善重金属含量的一种有效方法。就近年来植物-微生物联合修复重金属的机理进行了评述,总结了近5年植物-微生物联合修复应用于重金属污染的研究。植物与微生物的协同作用,微生物与植物间形成联合体可以在很大程度上减轻环境对植物的影响。此外,微生物通过提高植物的抗性、降低重金属毒性、促进植物生长等方式增强植物修复重金属的能力。由于污染环境的复合性和复杂性,未来植物-微生物-金属相互作用的分子机制研究和开发植物-微生物联合修复的新技术开发将会成为重点。