《土壤中的秘密——新的研究表明,土壤细菌“鸡尾酒”可以保护水稻植株免受致命袭击》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2016-11-24
  • 最近,英国研究小组首次证实,土壤有益微生物集合体可以用于受感染的植物,增强其自然防御力,对抗植株受到的多种威胁,包括东南亚急需解决的问题如:水和土壤中有毒砷浓度的增加以及稻瘟病真菌病。研究结果发表在《植物科学前沿》,该研究提供了把多种微生物放在一起共同保护植物压力的“生物口袋”的新证据。该研究一个天然的、非化学的方法来保护超过世界人口一半依赖食物来源的作物。

    特拉华大学团队确定了当植物受到攻击时的2种水稻救援细菌。这两种微生物本身就居住植物根部周围的土壤根际。荧光假单胞菌EA105可以触发一个系统范围内的防御稻瘟病菌,这一病菌破坏的大米每年可供养约6000万人。EA105抑制真菌攻击机制的形成,附着胞像攻城槌一样,对植物叶施加压力,直到它被刺穿。第二个微生物EA106,像铁板或盾牌一样,当砷出现时,开始在水稻植株的根部积累,有效阻断毒物吸收。

    在实验室的水培水稻种植研究中,特拉华大学团队用砷处理植物,然后再用EA105和EA106进行处理。七天后,他们让同一种植物感染了稻瘟病菌。按这一思路,他们研究了砷、有益细菌和真菌病被纳入时的整体遗传反应。产生的数据清楚地表明,“微生物鸡尾酒”可以加强植物防御砷和水稻稻瘟病菌。稻瘟菌耐受砷的能力是一个直接进化的,随着时间的推移,真菌越来越具有抗砷的能力。有益微生物如EA105和EA106怎样才能保护水稻?研究人员认为种子处理或微生物包衣是制定经济、有效的产品时最实用的路线。

    现在的植物正经受气候变化驱动下的多重胁迫。研究植物和微生物之间的复杂关系,研究人员继续探寻这些“微生物”提高植物健康的途径。下一代可持续农业的真正机会将是这些植物的“益生菌”,利用土壤中自然存在的微生物保护主要农作物。

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  • 《研究表明梳理基因可以保护蜜蜂免受致命螨的侵害》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:梁晓贺
    • 发布时间:2017-11-28
    • 加拿大圭尔夫大学(Guelph University)的最新研究显示,蜜蜂体内的一种梳理基因可能是保护蜜蜂免受致命的蜂蜜蟹螨伤害的关键。环境科学学院(School of Environmental Sciences)的恩勒斯特·古茨曼(Ernesto Guzman)教授带领来自普渡大学(Purdue University)的科学家进行了此项研究。 蜂蜜蟹螨常依附于蜜蜂的身体并以饮食蜜蜂的血为生。受感染的蜜蜂的寿命只有正常蜜蜂的一半,它们通常会死于失血过多或螨传播的致命病毒。古斯曼教授说:“大约85%的蜜蜂群都存在螨虫,所以几乎不可能将它们根除。所以,我们的目标是维持低水平的螨虫数量。实现这个目标的一个方法就是培育对螨虫有抵抗力的蜜蜂,而抵抗力的机制之一就是蜜蜂的梳理行为。” 螨虫身形扁平,藏匿在蜜蜂腹部的区块间,蜜蜂很难能触碰到它们。为了清除螨虫,蜜蜂需要用2、3条腿大力抓挠,同时长时间晃动身体。虽然所有的蜜蜂都有梳理基因,但只有当梳理基因呈现高显性表达时,蜜蜂才会激烈地挠抓身体,才会去除身体上的蜂蜜蟹螨,对他们产生抵抗力。那些基因呈低显性表达的蜜蜂,有些不会抓挠,有些一开始会轻轻地抓,然后就放弃了。 为了将基因与蜜蜂的螨虫抗性联系起来,古茨曼研究团队必须证明激烈的抓挠行为会使一些蜜蜂更具有抗螨效力。在之前的一项研究中,古茨曼发现,具有抗螨性的俄罗斯蜜蜂的梳理行为比不具有抗性的安大略蜜蜂激烈得多。古茨曼说:“俄罗斯蜜蜂是第一批接触蜂蜜蟹螨的蜜蜂,并且产生了抗螨性。但是我们想确定是什么导致了这种抗性。”为了确定激烈的梳理行为是否与遗传学有关,研究人员在引入蜂蜜蟹螨后比较了蜜蜂的核糖核酸(RNA)。研究发现具有激烈梳理行为的蜜蜂显示出了高显性轴突蛋白1基因,并已知该基因与重复运动有关。该项研究成果近期发表在《行为遗传学(Behavior Genetics)》杂志上。 古斯曼研究团队的下一步研究重点是确定高显性轴突蛋白1基因的表达水平是否可以遗传。如果能证实这种基因具有可遗传性,便可进一步筛选基因表达强的工蜂用于育种。 (编译 梁晓贺)
  • 《南京土壤所在全国水稻氮肥用量优化研究中获进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    •     “民以食为天,食以米为先”,水稻是我国三粮之首,事关国计民生。过去农户常以“水大肥勤不问人”作为水稻种植的金科玉律,导致“化肥依赖症”越来越重。如何实现既保证水稻增产,又最大限度降低环境成本,是实现我国水稻绿色可持续生产的必然要求,建立一套高产、高效与环保等多目标并重、简单易推广的施氮量优化技术是解决这一问题的关键环节。   现行两类施氮量优化途径:一是通过土壤和/或植株测试直接确定满足作物所需的适宜施氮量,而我国以小农户种植和分散经营为主、田块小而多、复种指数高茬口紧,故该途径耗时耗力、投入较高,且当前较难大面积推行;二是以产量/施氮量田间试验为基础,确定边际效应最大化的平均适宜施氮量作为区域推荐,具有纲举目张、简便易掌握的特点和优点,但多以产量或经济效益为施氮量确定依据,忽略了环境效益,不符合水稻可持续生产的新时代要求。另外,小农户种植模式下,田块间的产量表现不尽相同,同一稻区统一氮肥优化管理仍会带来小农户田间产量的波动。因此,动员数以千万计的小农户氮肥减施颇具挑战性,同时,需要对小农户氮肥优化面临的减产风险和环境影响进行权衡分析,以达到满足社会、经济和环境效益多目标协同。对此,中国科学院南京土壤研究所与美国加利福尼亚大学、美国马里兰大学、中国农业大学等合作,构建了不同稻区水稻产量/活性氮排放与施氮量定量关系模型,建立了以经济和环境经济指标为优化依据的适宜氮量分区确定方法,并通过大范围田间试验验证了可行性,分析了产量、经济和环境经济效益变异,多角度评估了氮量优化的有效性,提出了以区域适宜施氮量为核心、可持续生产为目标的我国水稻氮肥分区控制新策略。   研究提出,以氮肥减施的环境收益和区域产量经济损失上限对比作为稻区推荐施氮量确定方法,在东北和华南稻区采用更偏重经济收益,而华东、华中等活性氮排放热区更重视环境收益,通过全盘规划实现经济和环境效益双赢目标。区域施氮量优化技术可保障水稻总产能需求下,减少氮肥投入10-27%,减排活性氮7-24%。田块变异分析表明,区域氮量优化可在85-90%的点位上实现水稻基本平产或增产,90-92%点位上做到收益大体持平或增加,93-95%点位上实现环境经济效益无明显降低或提高,同时提高氮肥利用率30-36%。研究从科技、管理、政策三个层面提出了构建全国尺度大范围田块产量-施氮量动态监测试验网和“控氮”决策智能管理系统,建立适度规模经营下的氮肥配额管理与实名购买定额使用制度,出台面向全体种植户的优化氮量激励补贴等建议,可有效降低土壤、品种、栽培、管理等生产条件变化造成的田块时空异质性,实现优化施氮量的动态调整,提高准确度和适用性,以最低的技术推广成本,确保科学精准实施氮肥分区宏观调控,达到区域效益的最大化。该方法亦可与其他优化施氮技术相结合,进一步完善科学施肥。