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

  • 山东青岛举行海上巡游迎接中国航海日

  • 漫画视界|警惕虚假购物、服务类诈骗

独家策划

推荐阅读
防晒,究竟该如何掌握分寸,才能在抵御伤害与拥抱健康之间找到平衡点?
2025-07-11 09:58
生命只有一次,心脏健康不容忽视。唯有提高对心梗症状的警觉性,掌握正确的急救方法,才能为生命筑起一道坚实的“心”防线。
2025-07-11 09:58
晒后背是一种传统的养生方法,符合中医“冬病夏治”的理论,其核心在于借助盛夏充沛的自然阳气,通过阳光照射背部,来提升人体自身阳气。
2025-07-11 09:58
截至7月10日,我国“北气南下”能源大通道累计输气量突破1000亿立方米,安全平稳运行超2000天,标志着这条纵贯南北的能源大动脉在保障国家能源安全、推动绿色转型方面取得重大进展。
2025-07-11 04:55
从自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室了解到,今年上半年,全国新发现矿产地38处,同比增长31%;新发现矿产地中,大中型矿产地25处。
2025-07-11 04:10
时下,智能手机已成为人们获取信息、社交娱乐的重要工具。多学科专家指出,当我们刷手机出现注意力极度涣散、缺乏独立思考能力、情绪化反应严重、深度学习能力下降、空虚感增加等症状时,就表明我们的大脑正在被“腐蚀”。所谓的“脑腐”,即因长期暴露于碎片化信息而引发的认知衰退与脑功能损伤。
2025-07-11 04:10
由于肉眼很难发现水污染的情况,洪水之后饮水需要特别注意,避免直接饮用自来水、山泉水、河水、湖水等。肖丹提醒,如果不适症状较为严重,出现持续高热、剧烈呕吐、严重腹泻、脱水、意识障碍等,或皮肤干燥、眼窝凹陷、少尿等情况,应及时就医。
2025-07-10 09:34
国家自然科学基金委员会近日发布消息,自然科学基金委制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。自然科学基金委作为我国资助基础研究的主渠道,制定了一系列创新举措。
2025-07-10 09:33
嫦娥六号月球样品的相关研究成果,引起了国际学术界的高度关注。这1935.3克宝贵的月壤,使得月球样品研究进入“嫦娥时代”,开启了人类认识月球的新纪元,也为中国月球研究走向世界前列奠定了基础。 一年来,中国科学家们已经利用嫦娥六号月球样品取得许多科学突破。
2025-07-10 09:32
2024年嫦娥六号任务首次从南极-艾特肯盆地内部采回月球样品,为揭示该区域物质成因提供了直接证据。综合元素和矿物组成分析,南极-艾特肯盆地镁环物质主要为斜长石(63%~67%)和低钙辉石(25%~27%)组成的亚铁苏长岩。
2025-07-10 09:32
7月9日,在北京航天城,神舟十九号航天员蔡旭哲(中)、宋令东(右)、王浩泽在记者见面会上敬礼致意。 在神舟十九号乘组中,航天员王浩泽也是一位90后,更成为首位进驻空间站的女航天飞行工程师。
2025-07-10 09:30
随着科技创新与产业创新深度融合,人工智能技术助力建材行业向更智能、更绿色、更高端方向变革。“通过数字化转型,建材企业可基本实现研发设计数字化、生产运营一体化、客户服务敏捷化,提升决策效率、协同能力和服务水平,快速提升生产力和核心竞争力。
2025-07-09 09:40
记者8日从湖南省自然资源厅获悉,通过创新地质找矿理论,经过长期勘探,湖南省郴州市临武县鸡脚山矿区已探获超大型蚀变花岗岩型锂矿床,共提交锂矿石量4.9亿吨,氧化锂资源量131万吨。
2025-07-09 09:39
根据国家卫生健康委8日晚间发布的通知,今后“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”将不得应用于阿尔茨海默病治疗。“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”是将颈部深层淋巴管或淋巴结与邻近的静脉进行吻合的手术,近年来部分医疗机构将其用于治疗阿尔茨海默病,引发争议。
2025-07-09 09:39
国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局日前发布《关于开展零碳园区建设的通知》。支持企业对标标杆水平和先进水平,实施节能降碳改造和用能设备更新,鼓励企业建设极致能效工厂、零碳工厂。
2025-07-09 09:37
近日,中国科学院近代物理研究所科研人员依托兰州重离子加速器冷却储存环,精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量,实验发现硅-22的质子数14是一个新幻数。
2025-07-09 09:35
国家自然科学基金委员会7日发布消息,自然科学基金委近日制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 09:20
近日,由农业农村部南京农业机械化研究所联合有关单位研制的全自动水稻覆膜插秧技术装备在江苏省靖江市投入使用,开启了我国水稻覆膜插秧新模式。
2025-07-08 09:11
日前,全球领先的720V高压固态钠盐电池,在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的建亨奥能科技有限公司正式量产,标志着中国成为全球第三个实现固态钠盐电池商用量产的国家。
2025-07-08 09:10
从国家自然科学基金委员会获悉,该委日前制定了重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 05:05
加载更多