PNAS | 英国詹姆斯赫顿研究所揭示根际土壤微生物与植物根部的相互作用动态！

植物和微生物合作捕获土壤资源的能力是陆地生态系统生命的基础。在现代作物生产系统中，这些天然植物-微生物相互作用已在很大程度上被人工肥料输入所取代，人们认为作物品种可能已经失去了维持多样化微生物组的能力，因此，可持续性系统已经退化。因此，了解植物-微生物相互作用已成为研究的主要焦点。技术发展极大地扩展了土壤微生物组成的知识：代谢组学详细描述了根系沉积的有机物质化学组成，现在高通量测序描述了与其相关的微生物群落的巨大复杂性。然而，土壤栖息地具有令人难以置信的动态和结构复杂性。居住在土壤内部结构的微生物行为同样复杂，迄今为止，目前的方法未能提供对土壤微生物动态的机制理解。

2021年11月25日，国际权威学术期刊PNAS发表了英国詹姆斯赫顿研究院Lionel Dupuy和英国邓迪大学Michael MacDonald团队的最新相关研究成果，题为Plant–environment microscopy tracks interactions of Bacillus subtilis with plant roots across the entire rhizosphere的研究论文。

我们对土壤中植物-微生物相互作用的理解受到了限制，是因为很难在微观尺度上观察植物的大体积影响过程。本文介绍了三维活体显微镜的发展，以解决整个幼苗在透明土壤中生长的环境中的植物-微生物相互作用，在定制的试验室中，保持植物和微生物的物理条件。一个特制的双照明光板系统获得了来自植物的散射光子，同时从透明的土壤颗粒和标记的微生物中捕捉到了荧光发射，从而可以生成3,600毫米大小的样品定量数据，分辨率高达5微米，每30分钟扫描一次。该系统实时跟踪了生菜植物根际中枯草芽孢杆菌种群的运动，揭示了以前未见过的活动模式。运动的细菌偏爱土壤颗粒表面的小孔隙，以脉冲的方式在根部定殖。迁移似乎是指向根冠，即"首次接触"点，然后才是成熟表皮细胞的定殖。该研究结果表明，专门用于现场环境研究的显微镜为了解植物与微生物的相互作用提供了一个宝贵的工具。

图 1. 全株环境的活体显微镜

图 2. 根-土壤-细菌相互作用的量化

图 3. 枯草芽孢杆菌在整个定殖期间对孔隙空间的利用

图 4. 接种23小时后观察到的植物根周围透明土壤中枯草芽孢杆菌分布的时间推移数据

图 5. 枯草芽孢杆菌在植物根部的定殖动态

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