研究发现益生根瘤菌之间的竞争降低了对豆科植物宿主的固氮作用和生长促进效果。
植物与土壤中的微生物形成联盟。例如,豆科植物从根瘤菌体内的微生物中获益,这些微生物可以将氮气“固定”成植物可以利用的形式,以促进豆科植物的生长。但是微生物对植物来说一定都是有益的吗?不同菌株为争夺植物寄主而产生的竞争,会不会降低它们最终为植物提供的服务质量呢?
加州大学河滨分校领导的一个研究团队设计了实验来回答这些问题,深入理解菌株竞争的过程。研究人员选择了一种产根瘤的加州本地植物Acmispon strigosus,以及8株与其兼容的固氮菌株。他们先感染植物单独使用这8株菌,直接测量其感染植物和提供益处的能力。然后,他们用这些菌株的组合感染其他植物,评估每个菌株的竞争能力以及对植物生长的影响。研究发现,土壤中益生菌株之间的竞争降低了它们为宿主植物提供的服务质量。这项发表在《当前生物学》杂志上的研究表明,“益生菌之间的竞争干扰降低了对宿主的益处”。
该研究的负责人乔尔·萨克斯教授表示,菌株在感染植物之前在土壤中发生的竞争,导致进入植物体内的菌株数量减少,从而植物获得的最终效益也降低。为了理解共生关系,我们通常在无菌环境下进行研究。这个研究表明,即使只加入两株菌,也会从根本上改变宿主获得的效益平衡,这使我们对共生关系的理解发生了重大转变。萨克斯解释说,农业面临的核心挑战之一是以可持续的方式利用微生物为作物提供生长促进作用,而不需要化肥的环境成本。他的团队研究根瘤菌,这些菌可以促进植物生长。
根瘤菌之间的竞争长期以来一直是可持续农业的问题。根瘤菌在豆科植物的根瘤中固定氮以换取植物的碳化合物。种植大豆、花生、豌豆和绿豆等重要豆科作物的农民长期以来一直试图利用根瘤菌来可持续施肥。但是研究发现,即使农民接种高质量的根瘤菌,这些“精英”菌株也会被土壤中原有的对植物效益很小或没有效益的菌株挤出,使接种失败。
研究人员通过对不同菌株组合的感染实验、基因组测序等方法,发现两株菌同时接种的植物,获得的效益远低于单株感染的预测值。这表明菌株之间的竞争确实降低了对植物的服务质量。
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)00867-9
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