肥料会破坏植物微生物群防御疾病的能力

一项关于微生物群落在植物叶片上发挥作用的新研究表明，施肥作物可能使它们更容易患病。加利福尼亚大学伯克利分校的生物学家发现，用健康番茄中的微生物喷洒西红柿可以保护他们免受致病细菌的侵害，但事先对西红柿施肥会抵消这种保护作用，导致植物叶片上病原微生物的数量增加。

虽然研究人员还不知道叶片上有害细菌数量的增加是否真的使番茄生病，但该研究清楚地表明，肥料会使叶片上的微生物群落失去平衡。这可能会使致病生物进入植物。

“当我们改变植物所处的营养环境时，我们正在从根本上改变植物 -微生物组的相互作用，而且重要的是微生物组介导的天然植物/微生物相互作用的保护，”资深作者，加州大学伯克利分校助理教授Britt Koskella说。综合生物学。

科斯凯拉说，肥料效应并不是这项研究的唯一惊喜。她和合着者，研究生Maureen Berg正在调查叶子上微生物群落的密度如何影响植物对疾病的抵抗力，并发现喷洒在叶子上的较低剂量的有益微生物通常更有效地保护感染的植物比较高的剂量。伯格用一种人工微生物群落喷洒叶子，这种群落由12种从健康番茄的天然微生物组中提取的细菌组成。

“我们发现最具保护性的社区是最稀释，最不集中，最低剂量，”她说。“这完全不直观。中剂量给予中等保护，最高剂量保护最少。”

植物益生菌

原因尚不清楚，但研究结果非常重要，因为有机农民正在谈论用益生菌喷洒作物以促进更好的生长和疾病保护，就像人类食用含有“好”微生物的益生菌以改善健康一样。

“我们看到这种低剂量/高保护作用的事实表明它并不像仅仅投入更多的微生物那么简单，”科斯凯拉说。“要了解如何应用植物益生菌，还有很多工作要做。”

她和伯格将在8月6日的“当代生物学”杂志的印刷版中报告他们的发现;该文章将于7月26日在线发布。

Koskella专注于植物的地上微生物组，或者是与植物根，根际相关的充分研究的地下微生物组相比，人们对环境的了解甚少。研究人员发现在叶下微生物中发现了意想不到的活动，包括一些细菌如同根系相关的细菌一样从空气中固定氮。许多研究表明，根中的微生物群落可以促进植物的养分吸收，生长和抗病能力，科斯凯拉正在研究这是否也适用于地上微生物组。

她的实验与益生菌处理作物的问题有关，可以帮助回答以下问题：给定植物的正确混合细菌是什么?应用这种合适混合物的最佳方法是什么?

为了研究这些问题，Koskella和Berg首先对加州大学戴维斯分校室外田间种植的健康番茄的天然叶片微生物进行了抽样调查。

然后，他们将混合物喷洒在加州大学伯克利分校的生长室中的无菌番茄植株上，一周后，将叶子注入丁香假单胞菌，导致番茄斑，这是一个用杀虫剂处理的主要问题。事实上，西红柿上的新微生物群体确实保护植物免受病原体的定植，尽管从一些番茄田获得的微生物群落比来自其他田地的微生物群更好。

“这个与我们自己的皮肤非常相似的叶状微生物群落是抵抗疾病的第一道防线，因此我们希望看到保护，尽管我们不确定，”科斯凯拉说。

人工微生物群落

令人惊讶的是，当他们改变喷洒在叶子上的微生物浓度时，他们发现在许多情况下，低剂量比高剂量更有效。

为了找出原因，他们构建了一个由天然植物中发现的12种物种组成的人工微生物群落 - 基本上，12种在文化中生长最好。当他们在番茄上喷洒各种剂量的合成菌群时，他们得到了相同的结果：低剂量，稀释剂量对高度浓缩剂量的假单胞菌的保护作用更强。

伯格重复实验以确认令人费解的结果，但在随后的一次试验中，她决定先给下垂的植物施肥。在该试验中，没有一个微生物组剂量对假单胞菌具有保护作用。当他们在施肥和不施肥的情况下重复试验时，他们证实肥料的施用消除了之前观察到的保护作用。

在每个实验中，他们通过记录假单胞菌的相对群体与其他大多数有益微生物相比来判断对病原体的保护，因为健康的微生物组应该有效地与病原体竞争并将其降低至低水平。

科斯科拉怀疑化肥改变微生物组的原因，其中最重要的是营养素可以使叶子更健康，这使得所有微生物都快乐，并且不需要好的微生物来竞争坏微生物。她和她的小组现在正在进行实验来检验这一假设。

他们仍然不知道为什么低剂量的益生菌治疗效果比高剂量好，但希望未来的研究可以解决这个谜团并帮助指导益生菌在农业中的适当应用。

然而，Koskella和Berg说，肥料对叶和茎微生物组的影响应该导致生物学家探索肥料对根微生物组的影响，以及植物的总体健康状况。