点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:生物固氮,玉米“肠道菌”送惊喜
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

生物固氮,玉米“肠道菌”送惊喜

来源:中国科学报2022-08-17 09:38

  与人类微生物组类似,植物微生物组被称为植物的第二个基因组,对植物生长发育、养分吸收、病虫害抵御等至关重要。

  近日,科学家发现了定殖于玉米茎木质部伤流液内具有固氮能力且高度保守的核心细菌微生物组,它们为玉米提供了氮素营养并促进根系生长。相关研究成果由中国农科院农业资源与农业区划研究所(以下简称资划所)植物营养团队完成,并发表于《自然—通讯》。

  被忽视的玉米“肠道”微生物组

  植物体内的微生物组是指生活在植物各部位(如叶、根或茎)内部的微生物的集合及其与宿主之间的相互作用。

  “近年来,大量研究开始关注植物微生物群落的结构与功能,但主要关注植物的根际和叶际这两个部位——这是植物与外界环境(包括微生物)相互作用的两个关键界面——而忽视了植物的其他部位。”论文通讯作者、资划所副研究员艾超告诉《中国科学报》,植物茎木质部导管是一个有效的长距离运输系统,由根和茎之间的静水压力梯度驱动。这种驱动力确保了植物所需的水分、养分等物质在不同器官之间的顺利运输。

  也就是说,相对于植物的其他部位,植物茎木质部导管的这种传导特性使其形成了一个高度动态的内部环境,成为连接植物地上和地下的关键“通道”。少量研究报道了植物根系选择性招募的小部分细菌可以通过茎木质部内液体的流动扩散到地上部植物器官。

  而艾超等人所关注的木质部伤流液,主要是指木质部的汁液因根压作用从导管中向地上部不断移动而流出的部分。

  他们根据此前的研究结论提出了这样一个研究假设:类似于人体肠道微生物组一样,植物茎木质部微生物组可能在植物生长发育中发挥着重要作用。

  定位玉米“肠道”功能菌

  国外研究发现,墨西哥哈瓦卡地区贫瘠土壤中生长的玉米,其气生根黏液富含固氮菌。这些固氮菌从空气中捕捉到的氮能为玉米提供29%~82%的氮营养。

  那么,玉米的“肠道”——木质部导管中会不会也存在着固氮微生物?

  论文第一作者、资划所博士研究生张俪予介绍,固氮菌是能进行生物固氮的各种原核生物的通称,一般情况下它可分为三大类——自生固氮菌、共生固氮菌和联合固氮菌。

  自生固氮菌指各种自由生活、能独立固定大气氮的原核生物,一般固氮能力较弱。

  共生固氮菌指必须与其他生物共生时才能固氮的原核微生物。例如,根瘤菌属与豆科植物共生,形成根瘤共生体固氮;弗兰克氏菌属放线菌与非豆科植物共生,形成根瘤共生体固氮。

  而联合固氮菌在植物根表或根皮层内生活,它并不形成根瘤,但也有较强的寄主专一性,固氮效率比自生固氮菌高。

  “根瘤菌—豆科植物固氮得到了广泛关注,非豆科植物,如甘蔗、玉米等作物与固氮菌的联合固氮作用也得到了证实。未来如何充分利用生物固氮改善非豆科植物氮营养,从而减少氮肥施用,一直是科学研究的前沿热点。”艾超说。

  他们发现,相对于非根际土壤、植物根系等其他植物部位,玉米茎木质部伤流液选择性地招募了以γ—变形菌纲为主的高度保守的核心微生物群落,其中含有部分高效固氮和协助固氮菌。其群落结构几乎不随地理距离和环境距离变化。

  研究人员通过丰度—占有模型确定了木质部内的25个核心微生物群落。它代表了在不同地点、不同施肥制度以及玉米基因型下可以稳定存在的一组微生物类群。

  未开发的微生物资源

  为了验证这些核心微生物群落在玉米生长发育中的作用,研究人员首先构建了由两个核心固氮菌和两个辅助菌组成的合成群落。

  他们利用验证试验证实了合成群落在植物体内的定殖特征,又通过15N同位素稀释方法证明了合成群落的生物固氮能力。

  “玉米生长65天后,合成群落为玉米茎贡献了11.8%的总氮。”艾超说,不仅如此,合成群落还增加了玉米根系生物量。

  根据全基因组测序结果,合成群落具有吲哚—3—乙酸(IAA)、乙烯等合成代谢途径,这些生长激素可能对植物根系生长起到非常关键的作用。接种合成群落后,玉米根系生物量增加了13%。

  “核心内生菌与玉米宿主之间存在多机制的相互作用关系。”艾超强调,这些被忽视的植物“肠道”功能菌代表着一类未开发的微生物资源,可能在作物固氮促生方面发挥关键作用。

  而且,研究证明,玉米“肠道”的核心功能菌在不同环境条件、不同玉米基因型下普适性存在,预示其在玉米的生长过程中可能扮演着更为重要的角色。

  “令我们惊喜的是,基因组数据显示,核心菌株中可能存在未被发现的细菌新种,我们会对这一结果做进一步验证。”艾超说。

  资划所周卫院士团队长期从事养分资源高效利用研究,该项研究通过评估不同土壤类型、气候区和基因型的玉米微生物组的组装机制和功能,证实了茎木质部微生物组的固氮和促生功能,对今后植物促生菌研究和微生物肥料研发具有重要借鉴意义和参考价值。(李晨)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多