根际（Rhizosphere）是指植物根系周围受到根系分泌物影响的狭小土壤区域，理化特性以及生物学活性明显不同于原土体^[1]。它是植物与外界进行能量与物质交换的主要场所，在该区域拥有种类众多的微生物，该区域微生物所形成的环境对植物生长有着至关重要的作用。根际微生物（Rhizosphere microbe）是指栖于植物根系直接影响的土壤范围内生长繁殖的微生物。在该范围内的微生物通常由细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等构成^[2]。植物根际微生物中包括有益微生物、中性微生物及有害微生物3类。而植物根际促生菌（Plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）则是指可促进植物生长及其对矿质营养吸收和利用，而对有害微生物有较强颉颃的一类附生于植物根系或者栖于周围土壤的有益菌^[3]。研究证明，植物根际促生菌能多个方面来影响植物，如种子的萌发^[4]，植物的生长、产量、营养吸收等。一方面，提高植物的养分吸收利用，如部分植物根际促生菌能够促进豆科植物的生物固氮作用，为共生植物提供磷、硫、铁、铜等养分；另一方面，植物根际促生菌通过产生植物类激素，如生长素，以促进植物的生长发育。此外，植物根际促生菌通过促进根际有益菌的生长，抑制植物根际有害微生物的生长，从而保持植物的健康。

目前关于植物根际促生菌在作物方面的研究报道已经较多，但是在药用植物中关于根际促生菌的研究仍相对较少。药用植物是中药体系中最重要的药物来源，是人类赖以防病治病的天然宝库。故本文就国内外近年来就药用植物根际促生菌的研究进展进行总结，旨在为药用植物的研究奠定理论基础，为根据促生菌应用于药用植物的栽培、生产及种质创新提供新思路。

1 根际促生菌

植物根际促生菌根据定殖于根际的位置，可分为胞内根际促生菌（Intracellular PGPR，iPGPR）和胞外根际促生菌（Extracellular PGPR，ePGPR）；根际促生菌促进植物生长的机理可分为直接方式和间接方式。直接方式表现为根际促生菌促进植物对养分的转化吸收，产生相应的激素类物质，产生铁载体；间接方式表现为抑制病原菌生长。在过去的几年里，已被鉴定出的植物促生菌的数量呈增长趋势。有相当数量的根际微生物已被证实对植物生长有显著的促进作用，报道显示，细菌中的固氮螺菌（Azospirillum）能促进小麦（Triticum aestivum）和玉米（Zea mays）的生长；根瘤菌（Rhizobium）能促进油菜（Brassica campestris）和莴苣（Lactuca sativa的生长；芽孢杆菌（Bacillus）和产碱杆菌（P. alcaligenes）能提高玉米对氮、磷和钾的吸收；假单胞菌（Pseudomonas）能够促进番茄（Lycopersicon esculentum）的生长，具有抑制植物病原菌和促进植物生长的作用；固氮菌（Azotobacter）能刺激鹰嘴豆（Cicer arietinum）的生长和增加产量等等^[5-9]。

2 药用植物根际促生菌促生机理研究 2.1 药用植物根际促生菌在固氮方面研究

氮是植物生长过程中相当重要的生命元素。有些植物根际促生菌能够将空气中的分子氮转化为有机氮，为植物生长提供氮元素，对改善植物的氮素营养起到相当重要的作用。生物固氮主要包括以下3大类：自生固氮、共生固氮和联合共生固氮。已经发现具有固氮作用的植物根际促生菌有固氮菌、根瘤菌、固氮螺旋菌、假单胞菌及克雷伯氏菌（Klebsiella sp.）等^[10-11]。同时，氨化细菌（Ammonifier）能够将土壤中的有机物分解产物最终转变为NH₄⁺，土壤中的氨或铵盐必需在硝化细菌（Nitrifier）跟亚硝化细菌（Nitrite bacteria）共同作用下才能转变为硝酸盐，从而增加植物可利用的氮素营养。

李琼芳^[12]研究麦冬[Ophiopogon japonicus（Linn.f.）Ker-Gawl.]根际微生物发现麦冬根际有纤维素分解菌（Cellulose decomposingbacteria）、氨化细菌、硝化细菌和固氮菌。江曙等^[13]在当归[Angelica sinensis（Oliv.）Diels]根际微生物种群结构方面的研究中发现其根际有固氮菌和硝化细菌。前人在丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）的根际微生物中发现氨化细菌、亚硝化细菌、好氧固氮菌、厌氧固氮菌和假单胞菌等^[14-15]。张国华等^[16]在天山雪莲（Saussurea involucrata）根际微生物中发现存在假单胞菌和根瘤菌。陈慧等^[17]在地黄（Rehmannia）根际微生物中也发现氨化细菌和固氮菌等。硝化细菌、氨化细菌和固氮菌在也存在连翘[Forsythia suspensa（Thunb.）Vah]根际微生物中^[18]。张新军等^[19]发现长鞭红景天（Rhodiola fastigiata）根际有假单胞菌和固氮菌等（表 1）。

2.2 药用植物根际促生菌在溶磷方面研究

磷是植物生长发育过程中另一个重要营养素。通常，在土壤中磷的含量相当高，但大部分磷是以不溶的形式存在，因此不能满足植物的生长需要。这些不溶的磷以磷灰石的无机态形式或者以肌醇磷酸盐、磷酸三脂一些有机态存在^[24]。而植物根际促生菌可以通过释放有机酸或分泌胞外磷酸酶，溶解土壤中不溶性磷，从而使磷被有效的吸收和利用。在植物根围普遍存在着能溶磷和解磷的细菌，包括圆褐固氮菌（Azotobacter chroococcum）、芽孢杆菌、肠杆菌（Enterobacter）、假单胞菌、根瘤菌、曲霉菌（Aspergillus）和青霉菌（Penicillium）等^[25-26]。

林贵兵等^[14]在关于丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）栽培对土壤生物区系组成特征的影响研究中发其根际中有机磷分解菌、无机磷分解菌、硫化细菌（Thiobacillus）等微生物的存在。任嘉红等^[27]从南方红豆杉（Taxus chinensis var.mairei）根际分离获得4株高效溶无机磷菌株，分别为蜡状芽胞杆菌（B. cereus）、地衣芽胞杆菌（B.licheniformis）、荧光假单胞菌（P. fluorescent）和草木樨中华根瘤菌（S. meliloti），这4株菌是溶磷细菌中较具应用潜力的菌种。张新军等^[19]在对长鞭红景天的研究中发现其根际有芽孢杆菌、肠杆菌和青霉属。陆瑞霞等^[28]从地八角（Astragalus bhotanensis Baker）的根际中发现具有溶磷能力的菌株，初步鉴定为肠杆菌（表 2）。

2.3 药用植物根际促生菌产生相应的激素研究

植物激素是接受特定环境信号诱导产生的，被从一个合成部位运送到另一个作用部位，并且在极低浓度下有明显的生理效应有机化合物。植物激素能够促进植物的生长发育以及对植物体开花、结实、休眠等其他生命活动进行相互协调地调控。许多研究表明，植物促生细菌可以通过自身代谢产生植物激素如植物生长素（Indole-3-acetic acid，IAA）、赤霉素（Gibberellins，GA₃）、细胞分裂素（Cytokinin，CTK）、脱落酸（Abscisic acid，ABA）、乙烯（Ethylene）等^[29]。例如，肠杆菌、根瘤菌、固氮醋酸杆菌（Acetobacter diazotrophicus）能产生植物生长素；巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilence）能产生脱落酸和生长素；生脂固氮螺菌（Azospirillum lipoferum）能产生赤霉素。Kuklinsky等^[30]证明80%的固氮菌和荧光假单胞菌能产生生长素。

研究证明，在当归^[13]、地黄^[17]、麦冬^[12]、连翘^[18]和长鞭红景天^[19]的根际菌中含有固氮菌、在天山雪莲^[16]根际发现根瘤菌；在南方红豆杉中^[27]发现荧光假单胞菌；在长鞭红景天^[19]根际中还发现肠杆菌。在4种印度药用植物圣罗勒（Ocimum sanctum L.）、毛喉鞘蕊花（Coleus forskholii Briq）、长春花[Catharanthus roseus（L.）G. Don.]、芦荟（Aloe vera）的根际也发现了固氮螺菌属^[31]。这些菌都是能产生相应的激素（表 3）。

2.4 药用植物根际促生菌生物防治方面

在生物防治方面，根际促生菌常有直接和间接两种方式来产生效果。直接的方式有产生抗生素、水解酶等，间接方式是通过产生特定物质增强竞争^[32]。部分植物根际促生菌能产生抗真菌的抗生素。例如，荧光假单胞菌能够产生抑制致病的真菌生长的2，4-二乙酰基间苯三酚（2，4-Diacetylphloroglucinol，2，4-DAPG）、氰化氢（HCN）和藤黄绿脓素（Pyoluteorin）等^[33]。木霉菌（Trichoderma）能通过抗真菌的物质来达到抑制植物病原真菌的生长^[34]。部分植物根际促生菌能够产生裂解真菌细胞的酶。例如，部分镰刀菌（Fusarium）是植物致病菌^[35]，而假单胞菌能产生溶解腐皮镰刀菌菌丝的胞外的几丁质酶和昆布多糖酶。

潘争艳等^[36]研究发现，五味子[Schisandra chinensis（Turcz.）Baill.]、穿山龙（Dioscorea nipponica Makino）、龙胆草（Gentiana scabra Bunge）、平贝母（Fritillaria ussuriensis Maxim.）、苍术[Atractylodes lancea（Thunb.）DC.]、威灵仙（Clematis chinensis Osbeck）和百合（Lilium brownii var. viridulum）的根际有曲霉菌和木霉菌。相关的研究也证实了，在三七[Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen]^[37]、瑞香（Daphne odora Thunb）^[38]和人参（Panax ginseng C.A. Mey.）^[39]的根际也有曲霉菌和木霉菌存在。马成涛^[40]在对地黄的研究中发现，黄绿木霉（T. aureoviride），绿色木霉（T. viride），拟康氏木霉（T. pseudokoningii），哈茨木霉（T. harzinum）4种有益真菌主要通过竞争作用来抑制病原菌的生长。

相关报道显示，植物根际促生菌抑制病原菌的生长是通过产生的高亲和铁的螯合体产物铁载体与植物根际病原微生物争夺铁营养，进而达到抑制病原微生物生长繁殖目的的方式^[41]。铁是植物生长不可或缺的元素，由于铁是以溶解度极低的氧化物形式存在，不易被植物吸收利用。而铁载体是微生物产生的一种可以结合铁离子的化合物，其主要基团是异羟肟酸的衍生物，它与Fe3⁺结合力非常强。进而溶解Fe3⁺并将铁转运入细胞，以供给植物细胞利用。铁载体的合成受蛋白质、调控因子GacS和GacA、转录因子RpoS、PvdS和FpvI、群体感应诱导物（如N-酰基高丝氨酸内酯）和位点特异重组酶类等的严格调控^[42-43]。同时很多的环境因素也可以调控铁载体的合成，包括pH、铁的水平、铁离子存在的形式、其他微量元素的存在以及充足的碳、氮、磷的供应^[44]。植物根际促生菌在特定的条件下能产生一定量铁载体。因此，植物根际促生菌与产生铁载体较少或甚至是不能产生铁载体的有害微生物竞争铁素时就处于有利的地位，使得有害微生物获取不到所需的铁素而受抑制，进而达到改善植物的营养的作用^[45]。

王英丽等^[46]研究发现链霉菌（Streptomyces）、假单胞菌、青霉菌和芽孢杆菌等也可以产生铁载体。苜蓿中华根瘤菌也能产生铁载体^[47]。部分荧光假单胞杆菌可抑制一些植物病原真菌的生长与繁殖。国内外研究证实假单胞菌产生的铁载体，不被本属以外的其他微生物利用^[48]，在防治土传真菌病害方面发挥着重要作用。研究人员证实，在人参根际中发现青霉菌、链霉菌和芽孢杆菌^[39]，在五味子、三七、牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）、瑞香的根际中分离到青霉菌^[49]，在药菊根际也发现了解淀粉芽孢杆菌，能有效的抑制药菌的枯萎病病原菌的生长^[50]。

3 展望

我国地域辽阔，地形地貌多种多样，气候多样，拥有着丰富的药用植物资源，对药用植物的研究亦有悠久的历史，这为我们对药用植物根际促生菌开展研究工作奠定了良好的基础。植物根际促生菌具有促进药用植物对氮、磷等元素的吸收，促进药用植株的生长，增强药用植物对环境的适应能力，有利于药用植物有效成分的含量的提高。研究药用植物及其根际促生菌之间的相互作用，不仅为药用植物的研究奠定理论基础，而且为应用于药用植物种质创新提供新思路。

然而，国内外对植物根际促生菌的研究更多是集中于在对农作物根际促生菌的研究，对药用植物根际促生菌的研究报道较少。同时，目前药用植物根际促生菌对药用植物的作用研究所采用的方法技术还较为单一，尚有较大可开展的空间，故可以借鉴农作物根际促生菌的研究理论来开展药用植物根际促生菌的研究手段，进而加快药用植物根际促生菌的研究。因此，关于药用植物PGPR下一步的研究工作可以从以下几个方面开展：（1）利用16S rDNA结合宏基因组的研究方法，研究药用植物根际促生菌的多样性，结合现有的研究预测微生物的功能；（2）利用微生物纯培养的方法分离药用植物的根际分离培养微生物，通过回接实验进一步研究微生物对药用植物生长发育以及药效物质累积的影响；（3）通过组合不同的根际促生菌以开发出适合于特定药用植物的菌肥，保证药用植物的养分吸收，抵抗土传病害，促进药用植物的生长。总之，充分利用好植物的根际促生菌能够达到减少肥料施用，较少农药施用，促进药用植物生长发育，为发展药用植物供新思路、新方法。