科学家找到了保卫土壤菌群健康的秘密武器

作者:匿名点击数:391    |    加入时间:2022-08-06 06:45:57

导读:本文是来自匿名的网友投稿,由编辑发布关于科学家找到了保卫土壤菌群健康的秘密武器的内容介绍。

新京报讯(记者 周怀宗)竞争与共存是生物界永恒的主题,在漫长的自然演化中,不同的生物之间,形成了复杂而多样的生物链条。


强化有益菌的“铁载体”,可以限制有害菌的繁衍壮大。制图/张耀予 


在微观世界中,也有同样的现象。近日,南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授带领的土壤微生物与有机肥团队、微生态与根际健康实验室取得重要进展,成果揭示根际微生物铁载体介导根际菌群与土传病原青枯菌互作,在作物健康中发挥了关键作用。该成果于5月11日晚在线发表在《自然微生物学》上。

 

土壤微生物之间的资源竞争

 

在生物之间的竞争中,对稀缺资源的竞争尤为激烈。在植物根际所在的土壤环境中,微生物群落的生物链条是否健康,直接影响着农业生产,甚至影响着整个人类社会的粮食安全。


事实上,当病原菌进入微生物环境中时,一场你死我活的资源保卫战就打响了。

 

论文共同第一作者、通讯作者韦中博士介绍,“植物根际的土壤环境中,有丰富多样的微生物,其中有些微生物对植物的生长有利,有些则有害,如果有害的微生物大量生长,就会抑制有益微生物群落的壮大,进而影响作物产量”。



土壤微生物也有“战争”,科学家找到保卫土壤菌群健康的秘密武器。视频由南京农大提供

 

在全球范围内,土传病害一直都是影响农业生产的重要因素,如土传青枯病,这是一种由青枯菌引发的病害,在辣椒、番茄、花生等重要经济作物中极为常见,会导致受侵染的作物减产乃至绝收。“这也是保卫土壤微生物环境的意义所在”,韦中说。

 

铁,土壤中的稀缺资源

 

在有寄主植物时,根际病原菌种群数量一般都会大量增加,种群数量激增,这必然需要大量资源,常规的碳、氮等重要资源,土壤和植物都能提供,在一定程度上,可以保证有益菌和有害菌的需求,“对稀缺资源的争夺才是你死我活的战争”,韦中说。

 

那么,什么才是稀缺资源呢?韦中介绍,“三价铁就是根际微生物争夺的稀缺资源”。

 

为了更多获取土壤中的铁,微生物会进化出特定的功能,韦中介绍,“我们称之为铁载体,它是一种高效结合三价铁的低分子化合物。理论上来说,每个微生物的铁载体都是有识别码的,如果病原菌掌握了这些识别码,就可以窃取这些铁载体,促进自身生长,进而危害植物;如果不能识别,就无法窃取,进行抑制了病原菌的生长。”

 

会“偷铁”的病原菌

 

复杂的根际微生物是否都能产生铁载体?哪些微生物的铁载体能抑制病原菌的入侵?哪些为病原菌的入侵提供了便利?问题看似简单,其实挑战巨大。


为了回答这些问题,团队在植物根际分离得到2000多株细菌,发现95%的分离细菌都能产生铁载体。有些细菌的铁载体的确能抑制病原菌的生长,但也有大量细菌产生的铁载体却被病原菌“偷袭”利用。

 

韦中介绍,“如果产生的铁载体能被病原菌利用,这样的微生物只能被病原菌剥削,种群数量自然很低。只有产生铁载体的能力强,并且它的铁载体又不能被病原菌利用,这样的根际微生物才能更好地享用根际丰富的碳、氮等营养资源,保持较高的种群数量,这样的微生物才可能保护植物健康”。

 

“铁载体”的靶向疗法

 

有效抑制有害菌对铁的利用,帮助有益菌在“资源争夺”中获得更多的铁,就能够让作物健康生长,尽可能避免病原菌的侵害。

 

但如何才能做到这一点呢?通讯作者、研究团队成员徐阳春教授告诉记者,科学家们采取了一种“靶向疗法”,徐阳春表示,“在植物根际细菌的资源争夺战中,铁载体就是一个核心的‘秘密武器’,我们的做法是,在植物育苗阶段,提前加入能高产且不会被病原菌‘窃取’铁载体的有益微生物,这样就可以帮助有益菌获得更多的三价铁,扩大种群,抑制有害菌的滋生和繁衍,最终保卫植物的健康”。

 

新京报记者 周怀宗

编辑 唐峥 校对 危卓

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