細(xì)菌根際黏附的界面作用機(jī)制研究

摘要 界面作用是細(xì)菌在環(huán)境中黏附、定殖、形成生物膜和發(fā)揮生態(tài)功能的基礎(chǔ)和前提，對(duì)植物吸收養(yǎng)分、病原微生物拮抗具有重要意義。微生物-植物根際相互作用研究大多數(shù)從生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)角度出發(fā)，應(yīng)用多種組學(xué)手段研究根系分泌物對(duì)于根際微生物定殖數(shù)量、群落組成和生理功能的影響，忽略了細(xì)菌定殖過程中物理、化學(xué)的界面作用機(jī)制及其對(duì)黏附的貢獻(xiàn)。本文從界面作用機(jī)制出發(fā)，探討了不同類型根系分泌物對(duì)細(xì)菌表面性質(zhì)、細(xì)菌胞外聚合物（EPS）分子組成以及黏附功能的調(diào)控作用；梳理了黏附過程中細(xì)菌-植物生物大分子相互作用的主要模式及其微觀機(jī)制；歸納了根際定殖過程可視化研究方法和微生物-植物生物大分子相互作用的分析手段；提出了根際生物分子組成分析、黏附蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)、根際定殖原位觀測(cè)方法等亟需加強(qiáng)的研究方向。

關(guān)鍵詞 界面作用； 根際定殖； 根系分泌物； 胞外多糖； 黏附蛋白質(zhì)

中圖分類號(hào) Q93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2421（2024）04-0025-08

微生物與植物的相互作用在礦質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)、植物養(yǎng)分吸收及耐受生物和非生物脅迫中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［1-2］。微生物根際黏附是植物-微生物相互作用的前提，可促進(jìn)微生物利用豐富的根際營養(yǎng)形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)揮一系列生態(tài)功能［3］。早在20 世紀(jì)50 年代，陳華癸院士就指出根際微生物對(duì)于作物生產(chǎn)的重要作用，并探索了根際微生物定殖數(shù)量的檢測(cè)方法［4-5］。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，趨化、固相表面附著和形成生物膜是根際微生物定殖的3個(gè)關(guān)鍵步驟。根際附著是由不同類型生物分子調(diào)控的復(fù)雜界面過程，是微生物根際成功定殖的前提，同時(shí)受環(huán)境條件、根系特性、細(xì)菌表面性質(zhì)的共同影響［6-7］。

根系分泌物改變根際周圍養(yǎng)分和化學(xué)條件，通過趨化誘導(dǎo)、信息傳遞、改變細(xì)菌胞外聚合物（extracellularpolymeric substances，EPS）調(diào)控微生物根際黏附。微生物在根部的黏附具有時(shí)空特異性，黏附和定殖的部位不僅受根系分泌物中養(yǎng)分、信號(hào)分子的調(diào)控，還受到根表特異性植物大分子的影響（圖1）。與親水表面相比，微生物傾向于附著在疏水性表面，不同的根際環(huán)境通過調(diào)控細(xì)胞表面的疏水性、菌毛和鞭毛基因表達(dá)以及細(xì)胞EPS 的數(shù)量和性質(zhì)影響微生物的附著［6］。同時(shí)，根毛結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁組成、粗糙度、表面自由能、疏水性等也影響細(xì)菌在根表的定殖［8］。固相表面黏附和細(xì)胞間自團(tuán)聚是微生物在根際的主要黏附和定殖途徑［9］。

根際定殖是土壤有益微生物發(fā)揮作物養(yǎng)分功能和拮抗病原菌感染宿主的基礎(chǔ)。相關(guān)研究表明病原菌存在與有益菌類似的根際黏附與定殖機(jī)制，包括對(duì)植物組織的可逆和不可逆附著，生物膜形成等過程，均是以菌毛和EPS 等為主參與的黏附行為［10］。近些年關(guān)于微生物根際定殖的相關(guān)研究集中于利用生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)手段研究根系分泌物對(duì)根際微生物數(shù)量、組成和功能的影響，對(duì)于微生物定殖過程的詳細(xì)物理化學(xué)機(jī)制關(guān)注較少［3，11-12］。本文通過總結(jié)近年來涉及根系分泌物、根系表面大分子與細(xì)菌界面作用的相關(guān)研究，期望在分子層面深入理解微生物根系定殖的生物化學(xué)機(jī)制；同時(shí)，通過介紹微生物根際黏附過程的研究方法和亟需解決的科學(xué)問題，推進(jìn)微生物根際黏附分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，以期為微生物資源發(fā)掘和應(yīng)用提供理論參考。

1 根系分泌物調(diào)控細(xì)菌根際黏附與定殖

根系分泌物種類復(fù)雜，主要以參與細(xì)菌生長代謝、維持細(xì)菌基本生命活動(dòng)的能源物質(zhì)，如糖類、有機(jī)酸類、脂類、氨基酸類等小分子物質(zhì)為主。根系還會(huì)釋放黏液物質(zhì)，主要包括果膠、纖維素、半纖維素和阿拉伯半乳聚糖蛋白、胞外DNA、組蛋白等生物大分子［13］。根系分泌物也包含黃酮類、類黃酮、萜烯類、苯并惡嗪和植物激素等數(shù)量較少，但是具有化感、抵抗病原菌等特異功能的次生代謝物［14］。這些不同類型的分泌物對(duì)細(xì)菌的影響各不相同，可通過調(diào)控細(xì)菌繁殖、信號(hào)傳導(dǎo)、表面性質(zhì)進(jìn)而影響細(xì)菌在根際的黏附與定殖（表1）。例如，根系分泌物通過調(diào)控胞外多糖基因表達(dá)、促進(jìn)生物膜形成，改變鞭毛基因表達(dá)等影響細(xì)菌發(fā)生不可逆黏附［15-16］。

葡萄糖濃度的增加可導(dǎo)致Bacillus thuringiensisKPWP1 的生物膜表面蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)含量增加，使得其疏水性與黏附性增強(qiáng)［17］。擬南芥根系分泌的蔗糖則通過觸發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，刺激產(chǎn)生大量的表面蛋白質(zhì)與超級(jí)鞭毛結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)固體表面能動(dòng)性，從而促進(jìn)細(xì)胞在根際的定殖［18］。L-蘋果酸則可以誘導(dǎo)生物膜形成所需關(guān)鍵操縱子yqxM 的表達(dá)，促進(jìn)B. subtilis FB17 生物膜的形成［19］。此外，Zhang等［20］研究表明檸檬酸和富馬酸促進(jìn)了B. velezensisSQR9 和B. subtilis N11 生物膜形成，但其分子機(jī)制有待深入研究。

與小分子代謝物相比，根系分泌的黏液不僅可以為微生物提供碳源，也可以改變根際的疏水性、滲透性和保水性能，直接影響微生物棲息地的表面性質(zhì)［21］。例如，玉米氣生根黏液中具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的多糖可通過提供碳源和維持適宜的環(huán)境，特異性選擇固氮細(xì)菌的定殖［22］。作為根際信號(hào)分子，芹菜素和芹菜素-O-葡萄糖苷可促進(jìn)固氮細(xì)菌Gluconaceto?bacter diazotrophicus 形成生物膜，進(jìn)而增強(qiáng)根際定殖和固氮功能［23］。木麻黃分泌的酚類與類黃酮物質(zhì)會(huì)引起放線菌Frankia sp. strain CcI3 的菌絲卷曲，細(xì)菌表面的脂蛋白含量減少，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌的黏附［24］。

2 根表生物大分子參與細(xì)菌黏附

除了受到小分子根系分泌物的影響，細(xì)菌在根際黏附還受到根系表面功能大分子的影響（表1）。根表生物大分子指存在于植物根系表面、溶解擴(kuò)散能力較低、可直接參與微生物黏附過程的植物大分子物質(zhì)。植物細(xì)胞壁主要由纖維素、半纖維素、果膠等多糖，蛋白質(zhì)、木質(zhì)素和脂質(zhì)等物質(zhì)組成。細(xì)菌通過鞭毛、菌毛、固著器等附屬結(jié)構(gòu)與根表細(xì)胞接觸，然后通過分泌黏附素、胞外多糖、黏附蛋白等進(jìn)一步發(fā)生不可逆黏附［31］。前期研究發(fā)現(xiàn)B. velezensis 在番茄根際形成生物膜依賴于植物多糖的刺激，這些植物多糖既作為信號(hào)觸發(fā)生物膜基因表達(dá)，又作為碳源用于生物膜基質(zhì)的合成［29］。果膠作為一種復(fù)合多糖，主要由半乳糖醛酸、支鏈阿拉伯糖和1，4-β-半乳糖組成，占細(xì)胞壁的40%。B. velezensis 可通過感知果膠來刺激表面活性素的生成［32］。表面活性素能改變細(xì)菌疏水性、電荷性質(zhì)，在與植物根系相互作用的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，表面活性素被認(rèn)為是細(xì)菌調(diào)控其黏附行為的主要途徑［33-34］。果膠可誘導(dǎo)B. amylo?liquefaciens 產(chǎn)生強(qiáng)烈的趨化反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)表面活性素和生物膜形成相關(guān)基因eps 和tasA 的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)生物膜的形成［35］。此外，B. subtilis 定殖時(shí)可以用根系表面葡聚糖作為碳源合成EPS，也可以通過控制主調(diào)控子Spo0A 磷酸化狀態(tài)的激酶，激活EPS 基因的轉(zhuǎn)錄來促進(jìn)生物膜形成［30］。

在不同類型生物大分子表面，幾丁質(zhì)和纖維素最容易被細(xì)菌定殖，其次是木質(zhì)素和木質(zhì)纖維素，而角蛋白相對(duì)不易定殖［36］。Ruminococcus albus 通過產(chǎn)生纖維小體和纖維素結(jié)合蛋白黏附在纖維素表面［37］。除了植物多糖，根系表面蛋白質(zhì)也參與了微生物的黏附與定殖。阿拉伯半乳聚糖蛋白（arabinogalactan-proteins，AGPs）是廣泛存在于各種植物細(xì)胞和分泌物中的植物大分子，在根和細(xì)菌識(shí)別和定殖過程中起著關(guān)鍵作用［38］。Gaspar 等［39］選擇性去除或減少AGPs 含量，導(dǎo)致Agrobacterium tumefa?ciens 黏附效率的降低，表明AGPs 參與了細(xì)菌的初始黏附。植物大分子的養(yǎng)分供應(yīng)和誘導(dǎo)作用對(duì)細(xì)菌的根際定殖具有重要貢獻(xiàn)，根系表面生物大分子-細(xì)菌互作的分子機(jī)制有待深入挖掘。

3 細(xì)菌根際黏附的功能蛋白質(zhì)

細(xì)菌根際附著包括可逆的初級(jí)黏附和不可逆的特異性結(jié)合階段［3，11］。在不可逆黏附過程中，黏附功能蛋白質(zhì)起到關(guān)鍵作用。通過比較黏附素基因缺失的突變菌株，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁水解酶LytB、鞭毛蛋白質(zhì)FliD 是調(diào)控B. velezensis SQR9 在根系表面黏附的關(guān)鍵生物分子，而只有鞭毛蛋白質(zhì)FliD 影響了細(xì)菌在玻璃和聚苯乙烯等非生物表面的黏附，表明細(xì)菌特異性黏附可通過不同生物分子識(shí)別不同的固相表面［40］。作為B. subtilis 生物膜主要的蛋白質(zhì)組分，淀粉樣蛋白質(zhì)TasA 可通過增強(qiáng)細(xì)菌聚集、EPS 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性從而形成穩(wěn)定的生物膜三維結(jié)構(gòu)［41］。qPCR 結(jié)果顯示，缺失EPS 和TasA 的B. subtilis 在番茄根系的定殖能力下降［42］。此外，B. subtilis 也可以通過胞外多糖和TasA 黏附蛋白二者協(xié)同在黑曲霉表面附著并形成生物膜［43］。B. subtilis EPS 中與保水性有關(guān)的高分子聚合物 γ -聚谷氨酸（γ-PGA），通過形成穩(wěn)定的三維聚合結(jié)構(gòu)支持了生物膜的機(jī)械穩(wěn)定性，也可以直接介導(dǎo)細(xì)胞在固相表面的黏附。

黏附蛋白具有豐富的官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)域，通過靜電相互作用、范德華力、疏水作用等機(jī)制參與根際黏附。這種特異性黏附行為在很大程度上取決于蛋白質(zhì)分子鏈的構(gòu)象、取代基和環(huán)境條件［44］。在胞內(nèi)信號(hào)的作用下，跨膜黏附蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，能更有效地與細(xì)胞外基質(zhì)中的配體結(jié)合，隨后通過增加黏附蛋白分子的密度進(jìn)一步增強(qiáng)黏附。整合素可以通過與二價(jià)陽離子結(jié)合，促使跨膜黏附蛋白與配體形成更強(qiáng)的鍵橋結(jié)構(gòu)，提高黏附的穩(wěn)定性［45］。細(xì)菌黏附過程是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過程，涉及不同類型的黏附蛋白及其與根際固相表面的相互作用，解析這些界面反應(yīng)機(jī)制對(duì)于理解細(xì)菌在根際環(huán)境中的定殖和生存具有重要意義。

4 細(xì)菌根際黏附界面過程和機(jī)制研究方法

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的方法用來可視化細(xì)菌的黏附定殖過程（圖2）。掃描電子顯微鏡和冷凍電子顯微鏡可以提供細(xì)菌黏附原子分子層面的信息，觀察發(fā)現(xiàn)葡萄糖濃度的增加使B. thuringien?sis KPWP1 產(chǎn)生了更多的EPS，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞之間的緊密團(tuán)聚［17］。微流控技術(shù)結(jié)合激光掃描共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）和綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）標(biāo)記可以實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的原位實(shí)時(shí)觀測(cè)，直接獲取B. subtilis 在擬南芥根系表面定殖的數(shù)量和位置［50］。微流控裝置具備透光、內(nèi)部結(jié)構(gòu)可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，為根系生長和原位觀察根際微生物定殖過程提供了條件，通過獨(dú)立的腔室設(shè)計(jì)，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)腔室中根系表面微生物定殖的動(dòng)態(tài)過程。此外，全內(nèi)反射熒光顯微鏡也被用于研究細(xì)菌定殖的微觀過程，觀察發(fā)現(xiàn)鏈球菌Streptococcus salivarius HB7 在疏水性表面上的垂直運(yùn)動(dòng)振幅減小，更有利于其黏附［51］。

更多界面相關(guān)研究方法從作用能、化學(xué)鍵、分子構(gòu)型等微觀層面解析細(xì)菌的根際黏附機(jī)制。耗散型石英晶體微天平（quartz crystal microbalance，QCMD）通過監(jiān)測(cè)B. subtilis 擴(kuò)展蛋白BsEXLX1 在木質(zhì)素上的實(shí)時(shí)吸附-解吸，發(fā)現(xiàn)BsEXLX1 可以破壞纖維素與葡聚糖之間的氫鍵，從而更好地與纖維素結(jié)合［52］。等溫滴定量熱（isothermal titration calorimetry，ITC）和表面等離振子共振（surface plasmon resonance，SPR）可以評(píng)估生物分子之間作用的能量特征，研究顯示主鏈中疏水性和芳香族部分含量較高的糖類大分子與凝集素伴刀豆球蛋白 A 具有較高的親和力［53］。原子力顯微鏡（atomic force microscope，AFM）可以用來解析生物分子結(jié)構(gòu)，并直接探測(cè)生物分子間的作用力，利用單細(xì)胞力譜發(fā)現(xiàn)Staphylococ?cus aureus 通過表面纖連蛋白結(jié)合蛋白 A 引起細(xì)胞團(tuán)聚，從而促進(jìn)黏附［54］。分子動(dòng)力學(xué)（molecular dynamics，MD）模擬可提供相互作用的分子構(gòu)型信息，結(jié)合電鏡觀察，展示了細(xì)菌Tas A 蛋白如何從單體組裝成富含β 折疊的纖維，以及這些纖維如何在生物膜中組裝成束［55］。這些方法極大拓展了我們對(duì)細(xì)菌界面黏附分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

5 問題和展望

雖然越來越多的研究開始關(guān)注細(xì)菌EPS、植物根系分泌物的組成，但關(guān)于其分子組成、結(jié)構(gòu)和黏附功能作用之間的關(guān)系還了解較少。識(shí)別微生物定殖的功能分子，解析其結(jié)構(gòu)組成及根際定殖的分子機(jī)制，對(duì)于功能微生物基因資源的挖掘利用、生物有機(jī)肥的創(chuàng)制有重要意義。受限于對(duì)細(xì)菌功能分子的認(rèn)識(shí)不足和根際環(huán)境的復(fù)雜性，目前關(guān)于根際定殖的相關(guān)研究以分子生物學(xué)和生物信息學(xué)手段為主，界面作用機(jī)制研究較少。針對(duì)上述問題，應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面研究：

1）加強(qiáng)細(xì)菌EPS 和植物分泌物中多糖分子組成的研究。由于多糖分子在單糖組成、糖苷鍵連接、分支和聚合度上的高度多樣性，導(dǎo)致細(xì)菌胞外多糖純化、分離、定量和鑒定過程十分復(fù)雜［22］。同時(shí)，目前多糖物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分辨率不高，結(jié)構(gòu)識(shí)別與鑒定相比蛋白質(zhì)研究更加遲緩，對(duì)其三維結(jié)構(gòu)組成的鑒定充滿了挑戰(zhàn)。通過采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LCMS）邏輯衍生序列串聯(lián)質(zhì)譜法（LODES/MSn）、化學(xué)解聚、寡糖測(cè)序和糖苷鍵定量相結(jié)合的新策略，逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)玉米、地衣素多糖組成和一級(jí)結(jié)構(gòu)的表征［22， 56］。方法學(xué)上的發(fā)展與應(yīng)用增強(qiáng)了我們對(duì)多糖結(jié)構(gòu)及其功能之間的理解，為進(jìn)一步闡釋多糖分子參與的細(xì)菌根際定殖機(jī)制打下了基礎(chǔ)。

2）深入闡明EPS 中黏附功能蛋白質(zhì)的作用機(jī)制。EPS 蛋白質(zhì)組分發(fā)揮著胞外酶和結(jié)構(gòu)蛋白的功能［57］。目前有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法主要以X 射線、核磁共振、冷凍電子顯微鏡為主［58］，計(jì)算方法可以利用Jpred4 和AlphaFold 預(yù)測(cè)其二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，并與蛋白數(shù)據(jù)庫和蛋白結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫對(duì)比預(yù)測(cè)其功能［59］。此外，分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬能夠在原子水平下解析蛋白質(zhì)分子與根系不同類型植物分子的動(dòng)態(tài)作用機(jī)制，為微生物根際定殖提供新思路。

3）建立細(xì)菌根系定殖的原位研究新方法。微流控芯片是細(xì)菌根系定殖原位研究的重要觀察裝置，已應(yīng)用于擬南芥和水稻等根系細(xì)菌定殖過程的研究，結(jié)合激光共聚焦CLSM 可實(shí)時(shí)探測(cè)微生物定殖的數(shù)量和空間結(jié)構(gòu)。未來亟需建立普適的微流控觀測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)觀察和分析細(xì)菌在不同植物根系表面的定殖和相互作用。同時(shí)，結(jié)合根際代謝物實(shí)時(shí)采樣和流動(dòng)分析系統(tǒng)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)根際微生物黏附及其與植物相互作用更加深入的理解。

參考文獻(xiàn) References

［1］ TRIVEDI P，LEACH J E，TRINGE S G，et al.Plant-microbiome

interactions：from community assembly to plant health［J］.

Nature reviews microbiology，2020，18（11）：607-621.

［2］ ZHANG R F，VIVANCO J M，SHEN Q R.The unseen rhizosphere

root-soil-microbe interactions for crop production［J］.

Current opinion in microbiology，2017，37：8-14.

［3］ KNIGHTS H E，JORRIN B，HASKETT T L，et al. Deciphering

bacterial mechanisms of root colonization［J］.Environmental

microbiology reports，2021，13（4）：428-444.

［4］ 王福生，陳華癸，李阜棣. 土壤中大豆根瘤菌之間競(jìng)爭(zhēng)結(jié)瘤的

研究：Ⅰ、免疫熒光抗體技術(shù)在根瘤菌個(gè)體生態(tài)學(xué)研究中的

應(yīng)用［J］. 華中農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1985，4（3）：38-47.WANG F S，

CHEN H G，LI F D.Studies on competition for nodulation be‐

tween soybean rhizobia in soil：Ⅰ.application of immunofluorescent

technique to autecological study of rhizobia［J］.Journal

of Huazhong Agricultural University，1985，4（3）：38-47 （in

Chinese）.

［5］ 陳華癸. 根際微生物羣對(duì)植物土壤營養(yǎng)的作用［J］. 華中農(nóng)業(yè)

科學(xué)，1955（1）：1-4. CHEN H G. Effects of rhizosphere microbe

on plant soil nutrition［J］. Hubei agricultural sciences，

1955（1）：1-4（ in Chinese）.

［6］ DONLAN R M.Biofilms：microbial life on surfaces［J］.Emerging

infectious diseases，2002，8（9）：881-890.

［7］ XU Z H，LIU Y P，ZHANG N，et al.Chemical communication

in plant-microbe beneficial interactions：a toolbox for precise

management of beneficial microbes［J/OL］.Current opinion in

microbiology，2023，72：102269［2024-06-01］. https：//doi.

org/10.1016/j.mib.2023.102269.

［8］ KREVE S，DOS REIS A C.Bacterial adhesion to biomaterials：

what regulates this attachment？ A review［J］. Japanese

dental science review，2021，57：85-96.

［9］ VELMOUROUGANE K，PRASANNA R，SAXENA A K.

Agriculturally important microbial biofilms：present status and

future prospects［J］. Journal of basic microbiology，2017，57

（7）：548-573.

［10］ YARON S，R?MLING U.Biofilm formation by enteric pathogens

and its role in plant colonization and persistence［J］.Microbial

biotechnology，2014，7（6）：496-516.

［11］ WHEATLEY R M，POOLE P S.Mechanisms of bacterial attachment

to roots［J］. FEMS microbiology reviews，2018，42

（4）：448-461.

［12］ LIU Y P，XU Z H，CHEN L，et al.Root colonization by beneficial

rhizobacteria［J/OL］.FEMS microbiology reviews，2024，

48（1）：fuad066［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1093/femsre/

fuad066.

［13］ DRIOUICH A，GAUDRY A，PAWLAK B，et al.Root capderived

cells and mucilage：a protective network at the root tip

［J］.Protoplasma，2021，258（6）：1179-1185.

［14］ WANG X C，ZHANG J Y，LU X J，et al. Two diversities

meet in the rhizosphere：root specialized metabolites and microbiome

［J］. Journal of genetics and genomics，2024，51（5）：

467-478.

［15］ YARYURA P M，LEóN M，CORREA O S，et al. Assessment

of the role of chemotaxis and biofilm formation as requirements

for colonization of roots and seeds of soybean

plants by Bacillus amyloliquefaciens BNM339［J］.Current microbiology，

2008，56（6）：625-632.

［16］ KOBAYASHI K. Plant methyl salicylate induces defense responses

in the rhizobacterium Bacillus subtilis［J］.Environmental

microbiology，2015，17（4）：1365-1376.

［17］ JHA S，BHADANI N K，KUMAR A，et al.Glucose-induced

biofilm formation in Bacillus thuringiensis KPWP1 is associated

with increased cell surface hydrophobicity and increased production

of exopolymeric substances［J/OL］.Current microbiology，

2021，79（1）：24［2024-06-01］.https：//doi.org/10.1007/

s00284-021-02699-z.

［18］ TIAN T，SUN B B，SHI H W，et al.Sucrose triggers a novel

signaling cascade promoting Bacillus subtilis rhizosphere colonization

［J］.The ISME journal，2021，15（9）：2723-2737.

［19］ RUDRAPPA T，CZYMMEK K J，PARé P W，et al.Root-secreted

malic acid recruits beneficial soil bacteria［J］.Plant physiology，

2008，148（3）：1547-1556.

［20］ ZHANG N，WANG D D，LIU Y P，et al.Effects of different

plant root exudates and their organic acid components on chemotaxis，

biofilm formation and colonization by beneficial rhizosphere-

associated bacterial strains［J］.Plant and soil，2014，374

（1）：689-700.

［21］ KALTENBACH R，DIEHL D，SCHAUMANN G E. Links

between nanoscale and macroscale surface properties of natural

root mucilage studied by atomic force microscopy and contact

angle［J］. Journal of colloid and interface science，2018，

516：446-455.

［22］ AMICUCCI M J，GALERMO A G，GUERRERO A，et al.

Strategy for structural elucidation of polysaccharides：elucidation

of a maize mucilage that harbors diazotrophic bacteria［J］.

Analytical chemistry，2019，91（11）：7254-7265.

［23］ YAN D W，TAJIMA H，CLINE L C，et al.Genetic modification

of flavone biosynthesis in rice enhances biofilm formation

of soil diazotrophic bacteria and biological nitrogen fixation［J］.

Plant biotechnology journal，2022，20（11）：2135-2148.

［24］ BEAUCHEMIN N J，F(xiàn)URNHOLM T，LAVENUS J，et al.

Casuarina root exudates alter the physiology，surface properties，

and plant infectivity of Frankia sp. strain CcI3［J］. Applied

and environmental microbiology，2012，78（2）：575-580.

［25］ CHEN Y，CAO S G，CHAI Y R，et al.A Bacillus subtilis sensor

kinase involved in triggering biofilm formation on the roots

of tomato plants［J］. Molecular microbiology，2012，85（3）：

418-430.

［26］ LIU Y P，F(xiàn)ENG H C，CHEN L，et al.Root-secreted spermine

binds to Bacillus amyloliquefaciens SQR9 histidine kinase

KinD and modulates biofilm formation［J］.Molecular plant-microbe

interactions，2020，33（3）：423-432.

［27］ LóPEZ-FARFáN D，REYES-DARIAS J A，MATILLA M

A，et al.Concentration dependent effect of plant root exudates

on the chemosensory systems of Pseudomonas putida KT2440

［J/OL］. Frontiers in microbiology，2019，10：78［2024-06-

01］. https：//doi.org/10.3389/fmicb.2019.00078.

［28］ JIN Y Q，ZHU H F，LUO S，et al.Role of maize root exudates

in promotion of colonization of Bacillus velezensis strain S3-1

in rhizosphere soil and root tissue［J］. Current microbiology，

2019，76（7）：855-862.

［29］ BOUBSI F，HOFF G，ARGUELLES ARIAS A，et al.Pectic

homogalacturonan sensed by Bacillus acts as host associated

cue to promote establishment and persistence in the rhizosphere

［J/OL］.iScience，2023，26（10）：107925［2024-06-01］.

https：//doi.org/10.1016/ j.isci.2023.107925.

［30］ BEAUREGARD P B，CHAI Y R，VLAMAKIS H，et al.Ba?

cillus subtilis biofilm induction by plant polysaccharides［J］.

PNAS，2013，110（17）：E1621-E1630.

［31］ KHARANGATE-LAD A. Bacteria adhered to particulate

matter and their role in plant litter mineralization［M］//BORKAR

S. Bioprospects of coastal eubacteria. Cham：Springer，

2015：195-207.

［32］ HOFF G，ARIAS A A，BOUBSI F，et al.Surfactin stimulated

by pectin molecular patterns and root exudates acts as a key

driver of the Bacillus-plant mutualistic interaction［J/OL］.

mBio，2021，12（6）：e0177421［2024-06-01］. https：//doi.org/

10.1128/mBio.01774-21.

［33］ AHIMOU F，JACQUES P，DELEU M. Surfactin and iturin

A effects on Bacillus subtilis surface hydrophobicity［J］. Enzyme

and microbial technology，2000，27（10）：749-754.

［34］ DEBOIS D，F(xiàn)ERNANDEZ O，F(xiàn)RANZIL L，et al.Plant polysaccharides

initiate underground crosstalk with bacilli by inducing

synthesis of the immunogenic lipopeptide surfactin［J］.Environmental

microbiology reports，2015，7（3）：570-582.

［35］ WU K，F(xiàn)ANG Z Y，GUO R，et al.Pectin enhances bio-control

efficacy by inducing colonization and secretion of secondary

metabolites by Bacillus amyloliquefaciens SQY 162 in the

rhizosphere of tobacco［J/OL］. PLoS One，2015，10（5）：

e0127418 ［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1371/journal.

pone.0127418.

［36］ LIU Z Z，KIMYON O，MANEFIELD M. Wastewater treatment

bacteria show differential preference for colonizing natural

biopolymers［J/OL］.Applied microbiology and biotechnology，

2024，108（1） ：321 ［2024-06-01］. https：//doi. org/

10.1007/s00253-024-13162-x.

［37］ MORRISON M，MIRON J.Adhesion to cellulose by Rumino?

coccus albus：a combination of cellulosomes and Pil-proteins？

［J］.FEMS microbiology letters，2000，185（2）：109-115.

［38］ NGUEMA-ONA E，VICRé-GIBOUIN M，CANNESAN M

A，et al.Arabinogalactan proteins in root–microbe interactions

［J］.Trends in plant science，2013，18（8）：440-449.

［39］ VICRé M，SANTAELLA C，BLANCHET S，et al.Root border-

like cells of Arabidopsis microscopical characterization

and role in the interaction with rhizobacteria［J］.Plant physiology，

2005，138（2）：998-1008.

［40］ HUANG R，F(xiàn)ENG H C，XU Z H，et al.Identification of adhesins

in plant beneficial rhizobacteria Bacillus velezensis

SQR9 and their effect on root colonization［J］.Molecular plantmicrobe

interactions，2022，35（1）：64-72.

［41］ DIEHL A，ROSKE Y，BALL L，et al. Structural changes of

TasA in biofilm formation of Bacillus subtilis［J］. PNAS，

2018，115（13）：3237-3242.

［42］ NISHISAKA C S，VENTURA J P，BAIS H P，et al.Role of

Bacillus subtilis exopolymeric genes in modulating rhizosphere

microbiome assembly［J/OL］. Environmental microbiome，

2024，19（1）：33［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1186/

s40793-024-00567-4.

［43］ KJELDGAARD B，LISTIAN S A，RAMASWAMHI V，et

al.Fungal hyphae colonization by Bacillus subtilis relies on biofilm

matrix components［J/OL］. Biofilm，2019，1：100007

［2024-06-01］.https：//doi.org/10.1016/j.bioflm.2019.100007.

［44］ BERNE C，DUCRET A，HARDY G G，et al. Adhesins involved

in attachment to abiotic surfaces by gram-negative bacteria

［J/OL］. Microbiology spectrum，2015，3（4）：MB-0018-

2015［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1128/microbiolspec.

mb-0018-2015.

［45］ TAKADA Y，YE X，SIMON S. The integrins［J/OL］. Genome

biology，2007，8（5）： 215［2024-06-01］. https：//doi.

org/10.1186/gb-2007-8-5-215.

［46］ BEDRUNKA P，GRAUMANN P L.Subcellular clustering of

a putative c-di-GMP-dependent exopolysaccharide machinery

affecting macro colony architecture in Bacillus subtilis［J］.Environmental

microbiology reports，2017，9（3）：211-222.

［47］ MAAN H，POVOLOTSKY T L，PORAT Z，et al. Imaging

flow cytometry reveals a dual role for exopolysaccharides in

biofilms：to promote self-adhesion while repelling non-selfcommunity

members［J］.Computational and structural biotechnology

journal，2022，20：15-25.

［48］ ZHAO X，WANG Y，SHANG Q H，et al. Collagen-like proteins（

ClpA，ClpB，ClpC，and ClpD） are required for biofilm formation

and adhesion to plant roots by Bacillus amyloliquefa?

ciens FZB42［J/OL］.PLoS One，2015，10（2）：e0117414［ 2024-

06-01］.https：//doi.org/10.1371/journal.pone.0117414.

［49］ XU Z H，ZHANG H H，SUN X L，et al. Bacillus velezensis

wall teichoic acids are required for biofilm formation and root

colonization［J/OL］.Applied and environmental microbiology，

2019，85（5）：e02116-18［2024-06-01］. https：//doi. org/

10.1128/AEM.02116-18.

［50］ MASSALHA H，KORENBLUM E，MALITSKY S，et al.

Live imaging of root-bacteria interactions in a microfluidics setup

［J］.PNAS，2017，114（17）：4549-4554.

［51］ VAN DER WESTEN R，SJOLLEMA J，MOLENAAR R，

et al.Floating and tether-coupled adhesion of bacteria to hydrophobic

and hydrophilic surfaces［J］.Langmuir，2018，34（17）：

4937-4944.

［52］ CUI M，DUAN Y H，MA Y Y，et al.Real-time QCM-D monitoring

of the adsorption-desorption of expansin on lignin［J］.

Langmuir，2020，36（16）：4503-4510.

［53］ BODEN S，REISE F，KANIA J，et al.Sequence-defined introduction

of hydrophobic motifs and effects in lectin binding of

precision glycomacromolecules［J/OL］. Macromolecular bioscience，

2019，19（4）：e1800425［2024-06-01］. https：//doi.

org/10.1002/mabi.201800425.

［54］ BERNE C，ELLISON C K，DUCRET A，et al.Bacterial adhe‐

sion at the single-cell level［J］.Nature reviews.microbiology，

2018，16（10）：616-627.

［55］ B?HNING J，GHRAYEB M，PEDEBOS C，et al. Donorstrand

exchange drives assembly of the TasA scaffold in Bacil?

lus subtilis biofilms［J/OL］.Nature communications，2022，13

（1）：7082［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1038/s41467-

022-34700-z.

［56］ LIN H Y，NI C K.Structural determination of polysaccharides

lichenin using logically derived sequence tandem mass spectrometry

［J］. Journal of the American Society for Mass Spectrometry，

2022，33（2）：335-346.

［57］ 張銘，蔡鵬，吳一超，等. 細(xì)菌胞外聚合物：基于土壤生態(tài)功能

的視角［J］. 土壤學(xué)報(bào)，2022，59（2）：308-323. ZHANG M，

CAI P，WU Y C，et al. Bacterial extracellular polymeric substances：

from the perspective of soil ecological functions［J］.

Acta pedologica sinica，2022，59（2）：308-323 （in Chinese

with English abstract）.

［58］ SEFFERNICK J T，LINDERT S. Hybrid methods for combined

experimental and computational determination of protein

structure［J/OL］. The Journal of chemical physics，2020，153

（24） ： 240901 ［2024-06-01］. https：//doi. org/10.1063/

5.0026025.

［59］ JUMPER J，EVANS R，PRITZEL A，et al. Highly accurate

protein structure prediction with AlphaFold［J］.Nature，2021，

596（7873）：583-589.

（責(zé)任編輯：葛曉霞）