《利用植物根际微生物提高磷利用效率》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2017-03-31
  • 北卡罗莱纳大学的研究人员定位一种帮助植物根际土壤细菌大量吸收土壤磷素的重要基因开关,把磷素向根系汇集,提高产量。相关工作发表在三月十五日的“自然”(Nature)杂志上,提出了通过微生物的作用提高植物对磷素的利用效率。

    Jeff Dangl和资深教授John N. Couch等研究人员介绍说:“我们的研究清晰地表明一种关键转运蛋白PHR1在控制植物在低磷条件下的反应,当植物处于低磷环境时,植物免疫系统下降,增强从土壤中对磷素的吸收。”其研究团队还证实,这些细菌通过养分探查和免疫防护,与植物之间建立起一种共生关系,细菌一方面和植物竞争土壤中磷素会加剧缺磷胁迫,另一方面这些细菌会“敦促”植物开启磷胁迫反应机制。

    在另一项室内试验中,该研究团队从本地土壤中分离出35种细菌,并把它们移植到在灭过菌的同一土壤上正常生长的拟南芥(Arabidopsis)的根际,当把这些处理过的拟南芥种植到低磷土壤时,它们对磷胁迫的反应增强了。

    研究还发现PHR1和PHL1不仅激活了植物对低磷胁迫的反应, 而且激发了降低免疫活性的基因表达,有利于一致的细菌的落地存活。

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  • 《城市环境所植物特性调控叶际微生物组研究取得进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2023-11-10
    •     近日,中国科学院城市环境研究所朱永官团队以土壤-植物(蔬菜)系统中的原生生物为研究对象,采用高通量测序、全基因组测序、流式细胞分选、高通量荧光定量技术,探索原生生物群落的动态特征、功能角色及其与病原菌的相关关系。 “同一健康”概念指出人类的健康与土壤、植物等自然生态系统的健康密不可分。原生生物作为土壤-植物系统微生物组中不可或缺的组成部分,影响生态系统的功能与健康。研究各类群原生生物的特征与功能,是探究原生生物对环境与人类健康影响的必要前提。蔬菜叶际作为微生物从土壤-植物系统传播到人类中的重要载体,贮存着威胁人类健康的病原菌与耐药菌——它们的定殖受到原生生物捕食压力的影响。然而,目前关于原生生物与人类病原菌相关关系的研究有限,缺乏原位考察蔬菜叶际原生生物及其内生病原菌互作关联的视角。因此,研究对不同施肥处理下种植不同蔬菜的土壤-植物系统内叶际、根际、非根际土壤中各类群原生生物在蔬菜生长过程中的动态组成、驱动因素、组装机制及微生物共发生模式进行考察。进一步,以超市中的生食蔬菜为研究对象,科研人员挖掘了原生生物内生病原菌基因组的抗生素抗性与毒力特征,解析了叶际原生生物与人类病原菌的潜在关联。     盆栽实验结果表明,土壤原生生物的多样性是叶际原生生物多样性的7倍。吞噬型原生生物是土壤中多样性最高的原生生物类群,根际土壤的代表原生生物,也是微生物互作网络中主要的跨界连接者,在植物生长早期可能主要受到植物根际确定性招募的影响。光养型原生生物具有最广的生态位宽度,是叶际原生生物的主导类型,也是土壤微生物互作网络中主要的原生生物模块枢纽和内部连接核心。寄生型原生生物则作为边缘者较少参与微生物间的互作。有机施肥是驱动原生生物群落变化的首要因素,降低了原生生物的多样性、抑制了原生生物内部的相互作用,却增加了根际土的潜在健康风险。上述研究较为系统地阐明了土壤-植物系统中各类原生生物的特征,为探索原生生物功能、维护环境与人类健康奠定了基础。     超市蔬菜采集结果表明,蔬菜种类强烈塑造了叶际原生生物的群落组成并影响了人类病原菌标记基因的分布。其中,韭菜叶际原生生物的多样性和病原菌标记基因(HPMGs)丰度最高。研究人员在90%的蔬菜叶际样本中检出26种潜在人类病原菌。其中,金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌丰度最高。随机森林模型指出吞噬型原生生物是叶际HPMGs总丰度变化的关键指示者。其中,在关键原生生物Colpoda体内分离出多种人类潜在耐药病原菌,包括携带毒力因子 (VFs) 和ARGs数量最多的硝基还原假单胞菌,以及具有较临床参考菌株更高毒力潜力的嗜麦芽窄食单胞菌和木糖氧化无色杆菌。同时,研究显示,内生菌基因组中的VFs、ARGs和金属抗性基因高频共存且具有共选择及共转移的潜力,这可能有助于内生菌在原生生物体内的存活。该研究揭示了吞噬型原生生物是蔬菜叶际耐药病原菌的传播载体,并强调了吞噬型原生生物的捕食压力可能是病原菌与耐药菌出现与传播的重要驱动力。
  • 《长期使用氮肥破坏植物与微生物的共生关系》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2015-03-18
    • 根据有关研究人员的最新报告,当受氮肥影响几年时间后,固氮菌即根瘤菌朝着越来越不利于豆类方向演变—而豆类恰是他们应当服务的对象。 发表于《进化》刊物这一发现可能引不起农民什么兴趣。因为他们通常只种植一种作物并且总是施用更多化肥来促进植物生长。但是在与化肥流失农田相连接的的自然区域,或者在化石燃料燃烧产生氮氧化物的地方,土壤中根瘤菌质量变化可能已经产生“深远的生态和环境后果”,研究人员写道。 “我们施于农田的氮并不呆在那些田地里,发电厂产生的大气氮沉降也并非不动。” 伊利诺伊大学植物生物学教授凯蒂希思说,他与密歇根州立大学珍妮佛主持这一研究。“所以这项工作不仅仅是关于一块施过肥的大豆田,世界范围内,氮循环是闭合的。我们已经基本上改变了这一循环。” 然而就在此前,在工业化肥发明和化石燃料广泛使用之前,土壤氮是稀缺商品。有些植物,豆科植物,找到了从根瘤菌方式来获得他们所需要的宝贵氮。 “根瘤菌固氮——把我们呼入呼出的大气中的氮变成植物可利用的形式。”希思说,“植物不能直接从大气中吸收氮,必须以硝酸盐或铵的形式来吸收” 作为回报,豆科植物在根部为根瘤菌提供庇护并供应碳。这种伙伴关系使细菌受益,并让豆类植物在含氮低的土壤中表现出优势。以前的研究已经表明,氮肥可以影响自然区域的物种多样性,希思说。以受化肥流失影响污染区为例,豆类退化而其他植物变得越来越普遍。 在一个新的研究中,希思和他的同事观察了密歇根州立大学的凯洛格生物站6个长期生态研究田,六个不同田地,每个田地设2个实验地。每个田地中的一个实验地为已经施氮肥超过二十年,另外一个实验地作为控制地块,从没有施过肥。 在施过肥和未施过肥的地块,研究人员从豆科植物根瘤中分离根瘤菌。在温室试验中,他们测试了这些细菌是如何影响豆科植物的生长和健康。研究人员发现与未施肥实验地的植物相比,暴露于氮肥的根瘤菌上生长的植物减少17-30%生物量,叶绿素比显著减少, 对微生物的基因分析表明,在施肥和未施肥的实验地细菌种群的组成是相似的:同一科的各种根瘤菌在每块田地都出现了。但施肥实验地根瘤菌以一种使他们对豆科植物不那么有用的方式在演化,希思说道。 “这项研究告诉我们一些关于互利共生和它们是如何进化的情况”她说。”互利共生依赖于伙伴间的这种平衡交易,例如这种土壤中特殊的氮碳经济。当经济变化了——比如氮不再稀缺了,这种互利共生就可能消失了。