抑制性土壤研究进展

摘要:抑制性土壤能保护植物免受fungi, oomycetes, bacteria, and nematodes的感染。大多数情况下操作这些特殊病害抑制性的因子都是原生微生物。因此,抑制性土壤被认为是含有大量拮抗病原微生物的有益微生物的丰富资源地。到目前为止,好几个微生物属被认为是在抑制性土壤中发挥关键作用,但微生物之间复杂的相互作用以及揭示抑制性的机制和微生物的性状都还并不清楚。最近高通量测序技术以及其它组学技术的发展为研究抑制性土壤的微生物生态提供了新思路,并且更好的寻找与病害抑制性相关的微生物群落和性状。本文作者回顾了最近用各种组学研究抑制性土壤的文章,并且特别强调了根围细菌这个有趣的微生物现象。
前言:
抑制性土壤最早是被Baker and Cook 在1974年定义的。抑制性土壤一共分成两种,普通抑病型土壤( generally disease suppressive soil) 和特异抑病型土壤( specifically disease suppressive soil) 。普通抑病型土壤的作用机制还不太清楚,被认为是与土壤微生物的整体活性相关,也与土壤的理化性质有关,并且普通抑病型土壤是不能在不同土壤间转移的[5-6] 。特异抑病型土壤是由于土壤中某类微生物的作用引起的,可转移性是特异抑病型土壤的主要特征,当把特异抑病型土壤按比例( 5% ~ 10% ) 接种到导病型土壤中后,导病型土壤能向抑病型土壤转化。
第一个抑制性土壤是1892年由Atkinson报导的棉花枯萎病,被报导有抑制性土壤的病害有非常多种。在镰刀枯萎病中,由非致病镰刀菌对碳源的争夺,以及根围 Pseudomonas对铁的争夺是最主要的抑制机制。在这些病原寄生微生物中发现,大部分都是真菌,包括( Trichoderma spp., Coniothyrium
minitans, Verticillium biguttatum) 或者 Pythium oligandrum
目前还不清楚的地方:
1.尽管根围细菌在寄生特性中大量存在,例如产生降解细胞壁的酶,但还没有研究表明这些细菌在特定抑制性土壤中的作用。例如 Stenotrophomonas maltophilia能通过产生蛋白酶对P. ultimum and Bursaphelenchus xylophilus 发挥抑制作用, Pseudomonas fluorescens也是通过蛋白酶对M. incognita抑制。此外Collimonas属的细菌能几丁质酶从而以真菌作为食物( De Boer et al., 2001)。

2.是否其它的根际寄生属在抑制性土壤中富集或者活性更高目前还不清楚。抗菌性研究是抑制性土壤中被研究最多的抑制性机制,在抑制性土壤的抗生素中,2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG) and phenazines (PHZ)被研究的最深入。这两种抗生素都是由(fluorescent) Pseudomonas产生的,对镰刀枯萎病有抑制作用。早期研究表明,氨和氰化氢在抑制性土壤中发挥作用。
研究抑制性土壤的新旧方法:
通过从非根际土,根围,根表/内大量分离以及体外和原位实验,鉴定了大量发挥抑制性作用的微生物属,包括( fluorescent) PseudomonasStreptomycesBacillusPaenibacillusEnterobacterAlcaligenesPantoea;non-pathogenic F. oxysporumTrichodermaPenicillium janczewskiiV. biguttatumPochonia chlamydosporiaClonostachys/Gliocadium以及 Clonostachys/Gliocadium
尽管这些菌在体外以及温室中发挥作 用,但在大田中大多失败了!!!(Although several microorganisms efficiently controlled thetarget pathogen under in vitro or greenhouse conditions, themajority failed under field environments.)这是由于这些菌不能在正确的时间,正确的低点在根围生存和定殖。更重要的是抑制性是微生物群落联盟而不是单一微生物作用的。例 如产生PHZ的Pseudomonas必须要在非致病性FO出现时才能对镰刀枯萎病发挥抑制作用(Mazurier et al., 2009)(看看健康土壤周围的镰刀菌是不是致病的!!)。因此,应用不同的微生物物种以及不同的行动模式来合成物生物群落被认为是原位发挥微生物抑制作用的好方法。
为了获取抑制性土壤中完整的微生物图谱,研究者用了RFLP;DGGE;qPCR;DNA-SIP;PhyloChip以及扩增子,鸟枪法宏基因组,宏转录组,蛋白组,代谢组测序方法。
参考文献

Gómez Expósito, R., Bruijn, I. D., Postma, J., & Raaijmakers, J. M. (2017). Current insights into the role of rhizosphere bacteria in disease suppressive soils.  Frontiers in microbiology 8 , 2529.

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