香港教育大学黄铭洪/南方科技大学王俊坚团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“土壤修复中香根草-微生物的相互作用（Vetiver grass-microbe interactions for soil remediation; 2021, 51(9): 897-938）“的综述。
香根草（Chrysopogon zizaniodies）是一种兼具经济价值和生态价值的植物。除了在70多个国家被种植用于生产精油外，香根草日渐广泛地被应用于土壤侵蚀控制、边坡稳固以及退化或污染土地修复。香根草具有显著的环境修复优势：一方面，可以耐受极端的环境胁迫，包括长期干旱、淹水、极端气温、高盐度、高酸度、高碱度，以及较高浓度的重金属和有机污染；另一方面，具有对本地物种影响低、生长速度快、生物量高、特殊的根系特征与功能等特点。然而，香根草与根内、根际微生物的相互作用研究甚少，限制了对香根草如何获得强大抗逆性的机制认识。因此，该文综述了香根草在污染场地修复中的研究进展，重点介绍了香根草与土壤微生物的相互作用的已有认识，回顾了其他植物抗逆性和在微生物辅助下的环境适应性研究阐述其潜在的作用机制，并展望了香根草-微生物互作的未来研究方向。
图1 图文摘要（Graphic abstract）
植物与微生物的伙伴关系对于宿主植物克服逆境响应是至关重要的。与植物根相关的微生物存在于以下四个区间（图2）：根内（endorhizosphere）、根表（rhizoplane）、根际（ectorhizosphere）和非根际（bulk soil）。由于根系分泌物的直接影响，根际招募了有别于其他区间的细菌群落，以此来提高良性互作、抵抗环境胁迫。根系分泌物含有离子、游离氧和水、酶、粘液及许多其他含碳代谢物，具有润滑和防御的功能，然而其中许多化合物的功能仍然未知。
图2 根-土体系不同区间存在着不同的内生和外生微生物群落
基于已有研究，该文总结并提出了香根草-根际微生物互作提高香根草抗逆性或修复能力的潜在机制（图3）：1）香根草根内分泌细胞所产生的大量油脂可被内生菌所代谢，这些微生物或可降解芳香族化合物/污染物，或产生特定的协助宿主抗逆的功能；2）根际细菌（受土壤类型、植物特征和相关菌根真菌的影响），如促生菌（PGPR），可产生吲哚乙酸（IAA）、细胞分裂素、抗氧化剂、ACC脱氨酶和挥发性物质等代谢产物，以及通过降解活性氧（ROS）、改变脱落酸（ABA）、乙烯、高亲和力K+转运体的水平，从而提高植物的抗逆性；3）菌根真菌及细菌群落可改善植物对磷和氮的吸收、对污染物的解毒与固定，并通过真菌产生的球囊霉素提高土壤保水能力。植物、细菌和真菌之间的相互作用涉及多个营养活动，共同影响着香根草的抗逆性能。
图3 香根草-微生物体系抵御环境胁迫的潜在机制
香根草的用途广泛，利用其优秀的抗逆性能进行污染物固定/吸收在土壤修复领域具有相当的应用前景。通过研究不同环境胁迫下香根草根际微生物群落、功能、宿主抗逆性的动态变化，阐明互作及抗逆机理，可为土壤修复提供科学基础，为推广利用其他植物进行土壤修复提供科学参考。该文指出亟待解决的问题包括：1）香根草的根内化学成分（如精油）和根系分泌物在环境胁迫下如何变化？2）内生菌和外生菌对此如何响应并对宿主进行反馈？3）是否提高香根草抗逆性和改变污染物行为？针对这些问题，未来研究应系统研究根内根际分子水平的化学多样性与微生物功能之间的关系。
陈勋文，博士，硕士生导师，南方科技大学研究助理教授、副研究员，国自然面上项目获得者，研究兴趣为：1）植物-微生物互作在土壤污染修复与生态功能中的作用与机制、2）可持续人工生态系统功能与服务构建、3）生物/生态因素对土壤物理稳定性（如边坡稳定性）的影响。黄铭洪，博士，教授，香港教育大学环境科学顾问、香港浸会大学生物学荣休讲座教授，于环境科学领域全球前2%高被引科学家中职业生涯排名第六（斯坦福大学报告2020和2021），黄教授长期致力于植物修复、植物-微生物互作等体系对环境生态影响的研究。王俊坚，博士，南方科技大学环境科学与工程学院副教授、研究员，国家自然科学基金优秀青年项目与广东省杰出青年项目获得者，曾获中国环境科学学会青年科学家奖（金奖）等荣誉，主要从事有机质分子生物地球化学研究，重点关注植物-土壤-水体连续体中天然有机质分子的碳过程与环境质量效应。李慧珊，南方科技大学环境科学与工程学院硕士研究生，关注重金属胁迫下植物-土壤-微生物的互作体系。
|编排：曾镜羽