常规肥料的替代方案:真菌可以操纵细菌以丰富养分的土壤

根与AM真菌菌丝

丛枝菌根真菌向土壤中延伸出长长的丝状结构,称为菌丝。菌丝小于人的头发,可以在草植物的根部中看到。信用:玛丽亚哈里森

研究人员发现了一组土壤细菌,可以产生常规肥料的替代品,以富集土壤和改善作物产量。

来自Boyce Thompson Institute(BTI)的研究人员团队发现了一种不同的细菌组,可能有助于真菌和植物获得土壤营养素。研究结果可以指出富含土壤和改善作物产量的成本效益和生态友好的方法,减少农民对常规肥料的依赖。

研究人员知道,丛枝菌根(AM)真菌与所有土地植物的70%的根系建立了共生关系。在这种关系中,植物对真菌的氮和磷来造成脂肪酸。然而,AM Fungi缺乏来自复杂有机分子的自由氮和磷所需的酶。

以英国微生物研究所威廉·h·克罗克教授玛丽亚·哈里森(Maria Harrison)为首的三位英国微生物研究所科学家想知道是否其他土壤微生物可以帮助真菌获得这些营养物质。在检测这种可能性的第一步,该团队调查了AM真菌是否与特定的细菌群落有关。最近发表在《科学》杂志上的一篇论文描述了这项研究ISME Journal.

AM真菌菌丝的显微图像

丛枝菌根真菌向土壤中延伸出长长的丝状结构,称为菌丝。这种菌丝比人类的头发还小,可以培养自己的微生物群。信用:玛丽亚哈里森

该团队检查了患有菌丝的长丝状结构表面的细菌,真菌延伸到远离其宿主植物的土壤中。在两种真菌的菌丝,该团队发现了高度相似的细菌群落,其组合物与周围土壤中的组成不同。

“这告诉我们,就像人体肠道或植物根部一样,AM真菌的菌丝有自己独特的微生物群体,”哈里森说,他也是康奈尔大学综合植物科学学院的兼职教授。“我们已经测试了一些有趣的预测,即这些细菌可能会做什么,例如帮助磷酸盐习得。”

她补充说:“如果我们是正确的,那么为这些细菌增加土壤肥力可以增加作物产量,并最终减少对传统化肥的需求以及相关成本和环境影响。”她的研究搭档是BTI的前科学家布莱恩·埃米特和Véronique Lévesque-Tremblay。

在真菌中

在研究中,团队使用了两种am Fungi,glomus versiforme和根瘤菌isregularis,并用血清卷曲istachyon共生中的三种不同类型的土壤,是小麦的草种。在让真菌随着草地生长65天后,研究人员使用基因测序来鉴定粘附在菌丝表面的细菌。

AM真菌菌丝的彩色显微镜照片

丛枝菌根真菌向土壤中延伸出长长的丝状结构,称为菌丝。这种菌丝比人类的头发还小,可以培养自己的微生物群。信用:玛丽亚哈里森

该团队在两种真菌物种中发现了细菌群落的构成上的显着稠度。这些社区在所有三种土壤类型中都相似,但与远离长丝的土壤中发现的那些相似。哈里森说,这些细菌的功能尚不清楚,但它们的构成已经引发了一些有趣的可能性。

哈里森说:“我们预测,其中一些细菌释放出了紧靠菌丝附近的磷离子,这给了真菌捕捉这些离子的最佳机会。”“了解哪些细菌具有这种功能,可能是提高真菌获取磷酸盐的过程,使植物受益的关键。”

哈里森的小组正在研究控制细菌组织在细丝中的因素。哈里森认为AM真菌可能分泌吸引这些细菌的分子,然后,细菌社区可能会影响真菌分泌的分子。

高速公路巡警

在菌丝微生物群系中有粘液球菌和其他包括“细菌捕食者”的类群成员,它们通过使其他细菌爆裂并释放其内容物来杀死和吃掉其他细菌。

埃米特说,这些捕食者通过在表面滑行来移动,因此“真菌的细丝可以充当线性的进食通道”。埃米特目前是美国农业部位于艾奥瓦州埃姆斯的农业研究服务中心的一名微生物研究人员。“许多土壤细菌似乎是沿着土壤中的真菌菌丝移动的,而这些捕食者可能使其旅程更加危险。”虽然细丝上的这些类群并非都是掠食者,但哈里森的研究小组计划调查这些假定的掠食者是如何以及为何聚集在那里的。“有可能是食性细菌的行为使周围土壤中的每个人都能获得矿物质营养——无论是捕食者还是真菌,”她说。

参考文献:“与丛枝菌根真菌的根外菌丝相关联的保守和可再生的细菌群落”,作者:Bryan D. Emmett, Véronique Lévesque-Tremblay和Maria J. Harrison, 2021年3月1日,ISME Journal.
DOI: 10.1038 / s41396 - 021 - 00920 - 2

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