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“追根究底”——高通量测序遇上根际微生物,距离高分文章更近一步

发布日期:2021-05-28 浏览次数:151

根际微生物,是指紧密附着于根际土壤颗粒中的微生物,以细菌为主,数量一般高于非根际土壤,不同植物的根际微生物组成和数量不同。在土壤中,植物生长的各种生理功能都受到微生物的影响,其生长发育离不开微生物的帮助。根系微生物组研究有助于理解根际微生物与植物的互作以及筛选对植物产量和健康有益的潜在促生菌。

土壤质量是土壤保持动植物生产力、水和空气质量,保护人类与动植物健康以及栖息地的能力。当前针对土壤健康的评价一般包含土壤的物理、化学和生物学等指标,但物理和化学指标无法反映土壤的动态生命系统的变化,因而土壤生物学指标,如微生物组成、结构、功能和生物学过程逐渐引起研究者的重视。

随着高通量测序技术的突破和生物信息学的发展,土壤微生物组学与土壤健康的研究得到了迅速发展,近几年,相关研究的发文量直线提升,利用微生物组来研究土壤健康逐渐引起更多研究者的关注。借助于这些技术土壤微生物组与土壤健康的研究也已经扩展到多个领域,如土壤微生物组与元素循环、污染土壤修复和土传病害根际免疫调控等领域。

今天要分享的两个案例发表在今年的Science of the Total Environment(IF:6.551,一区)上,都是与根系微生物多样性相关,研究角度非常新颖,我们一起来探索一下。


案例一:内生YG-14联合污泥生物炭增强刺槐镉的植物稳定性和根际细菌多样性


刺槐是一种最早在矿区种植的木本豆科植物,被公认是各种重金属的显著积累者。与其他有害重金属相比,镉(Cd)积累能力较低,可能影响植物修复效率。YG-14是一种主要定植于刺槐根系的内生菌,其对镉的螯合量最大。生物炭作为土壤改良剂,能帮助植物生长。本研究将一种能吸附镉的内生菌 YG-14和富磷污泥生物炭接种到刺槐中,研究内生菌和生物炭对刺槐的联合作用。




研究方法:盆栽实验后进行生理生化分析,交互效应评估,微生物群落测序分析,SPSS统计分析等。




主成分分析+冗余分析



不同处理对刺槐生长表型和根形态的影响

研究结论:

1. 80%的YG-14存在于植物根系中,螯合后根系镉含量比对照高3.6倍。

2. 生物矿化通过生成CdCO3和Cd2P2O7的生物炭来加强,生物炭与YG-14联合处理促进了刺槐对镉的稳定作用。

3. 污泥生物炭与YG-14一起处理后土壤镉总含量和酸溶性镉含量分别减少61%和69%。

4. 生物炭-内生菌-植物积累器系统增强了植物生长和植物稳定性。

5. 污泥生物炭与YG-14一起处理后土壤富集了更多具有n2固定电位的微生物。

本文发现改良生物炭促进YG-14在不利环境中的定殖,YG-14与生物炭的协同效应最大化促进镉积累和植株生长。此外,生物炭的引入可以通过诱导生物矿化过程固定镉,降低镉的生物毒性,使根际细菌群落和根瘤菌多样化。综上所述,生物炭-内生植物-积累器组合系统为土壤镉的植物稳定提供了一条新的途径。


案例二:六氯环己烷污染土壤复垦后微生物多样性及其功能与自然耐受六氯环己烷植被的关系


废弃的有机氯农药六氯环己烷(HCH)的毒性、挥发性和持久性,使得污染区域的回收成为重要事项。本研究以荷花为研究对象。以潜在固氮量为土壤养分循环功能的衡量指标研究植被作用。评估了长期六氯环己烷污染对土壤和植物相关微生物群落的影响,以及污染土壤是否具有作为细菌接种物在挖掘后生物修复策略中的潜力。




研究方法:土壤理化参数、微生物生物量碳和植物碳氮比,六氯环己烷分析,16SrRNA测序


(a)整体土壤(b)根际土壤和(c)荷花(Lotus tenuis)根际土壤细菌群落CAP排序差异。点代表未受干扰的地块;三角形代表挖掘出的地块。浅蓝色代表低浓度六氯环己烷,黑色代表高浓度六氯环己烷。椭圆勾画出95%置信椭圆。红色箭头表示共解释变量:有机质、铵态氮和全氮含量。


研究结论:

1. 六氯环己烷污染形成了大量土壤细菌群落。

2. 根际微生物群落受六氯环己烷污染和植物年龄的影响。

3. 荷花的生长发育受到六氯环己烷污染的负面影响。

4. 复垦后污染土壤根际固氮潜力较低。

5. 生物强化可以改善和加速土壤中六氯环己烷的去除。


总的来说,六氯环己烷污染和土壤复垦都会对土壤和根系细菌群落产生不同程度的影响,影响根际微生物群落结构和植物发育。不管是自然植物覆盖的还是复垦的六氯环己烷污染土壤中都发现了可能的细菌接种物——HCHs耐药菌。耐药菌从污染的土壤中转移到莲花的根际和根系,对微生物辅助植物修复和生物强化具有有益作用。


通过上述两个案例,我们发现,根际微生物与土壤和植物生长状况息息相关,近年来,由于土壤治理,植物修复需求的紧迫性和必要性,参考微生物辅助植物修复和生物强化过程中可以发挥有益作用。越来越多关于土壤环境、植物根系的研究开始借助微生物多样性测序技术来实现,微生物的多样性、功能及其与自然植被的关系是野外生物强化或微生物辅助植物修复的重要指标。

上文的两篇文章均采用植物生理生化分析+微生物多样性测序分析的手段,研究有害物质对土壤环境的影响以及细菌接种物在生物修复中的潜力,案例一中生物炭-内生菌-植物积累器的研究模式就是一个很好的参考。


写到这儿你可能已经跃跃欲试了,别急,为了让您能获得更准确的分析结果,小编将为您提供几条实用性取样建议。

一、根际微生物

1、根据实验目的,选取待研究的植物根系。

2、采集样本时通常采集包含植物根系的整块土壤,之后抖掉与根系松散结合的土壤。

3、将与根系紧密结合的土壤用无菌刷刷下来,放入无菌管中,每个样本需提供1-2g。

4、将样本立刻放入-80℃冰箱进行保存,若在野外,则将样本放入冰盒中,之后带回实验室放入-80冰箱进行保存。

二、土壤样本

采样时去除表面浮土,使用消毒灭菌处理的铲子挖取地下5-20 cm的土层,去除可见杂质,如石块、草根等,使用5 mL或15 mL无菌离心管装载样本,并用封口袋密封。

三、活性污泥样本

从曝气池中取25 mL悬浮的活性污泥样本于无菌管中。

如果上述这些还不能满足您的取样要求,那么可以咨询您的销售负责人了解更多,如果对我们的产品或服务有任何疑问或困惑,欢迎致电咨询:025-85381280