通过生物固氮减少对氮肥的依赖

发布者:bpadmin
发布时间:2020-04-07 04:21
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在过去的几十年里,随着氮肥使用量的增加,作物产量也大幅增加。虽然氮肥有利于作物生长,但它对环境和气候有严重负面影响,而且它需要大量的能源来生产。许多科学家正在寻找方法以开发更可持续的做法,在减少化肥投入的情况下保持作物高产。



密苏里大学的植物病理学家Gary Stacey说:“为作物提供氮肥的更可持续的方法是生物固氮,依靠豆科作物可以很好发展和实现这种做法。”固氮菌在大多数植物的根际中很常见。然而,这些植物生长促进菌在农业中的使用有限。

Gary Stacey认为,无法广泛使用固氮菌等是由于生物制品在作物种植中存在普遍问题,包括应用效果不一致。Gary Stacey和团队对此进行了研究,以更好地了解植物宿主的代谢反应,以减少作物对植物生长促进菌反应的多变性。

Gary Stacey说:“我们的研究面临的一个挑战是,虽然这些植物生长促进菌可以在根部定殖到很高的水平,但定殖的部位却高度单一化。”因此,由于绝大多数根细胞不与这些细菌接触,在实验中分离整个根系会导致稀释很多信号。

为了克服这一挑战,Gary Stacey和他的团队利用LAESI-MS,使他们能够只对那些被植物生长促进菌定殖的部位进行采样,并通过表达绿色荧光蛋白来定位这些位置。

他们的结果表明,细菌定殖导致植物新陈代谢的显著变化,一些代谢物在接种的植物中更为丰富,而另一些代谢物,包括氮指示代谢物,在没有接种或接种了不能固定氮的细菌菌株的根中则明显减少。

Gary Stacey说:“有趣的是,参与吲哚生物碱生物合成的化合物在被固氮菌株定居的根中更加丰富,这可能反映了植物的防御反应。最终,我们希望通过这样的研究,确定植物生长促进菌刺激植物生长的分子机制,从而设计出有效和一致的接种方案,以改善作物的表现。”

Gary Stacey团队长期以来一直对生物固氮和植物与微生物的相互作用感兴趣。自从发现生物固氮以来,Stacey团队的目标是将生物固氮的好处传递给玉米等非豆科作物。植物生长促进菌在本质上具有这种能力,但在实际农业生产中还没有得到充分利用。

与其他研究较多的相互作用,如根瘤菌与豆科作物相比,关于植物生长促进菌如何刺激植物生长的分子机制的信息普遍缺乏。因此,Gary Stacey团队在项目中寻求找出这些信息,相信这将有助于提高植物生长促进菌接种剂的效力,从而增加其在作物生产中的使用。

令Gary Stacey团队最惊讶的是,他们没有看到与植物生长促进菌对植物激素产生的显著影响。这表明植物生长促进菌对植物新陈代谢的影响比想象的更大。这可能为这些细菌如何影响植物生长提供了更复杂的解释。



文章来源: Beverly J. Agtuca, Sylwia A. Stopka, Thalita R. Tuleski, Fernanda P. do Amaral, Sterling Evans, Yang Liu, Dong Xu, Rose Adele Monteiro, David W. Koppenaal, Ljiljana Paša-Tolić, Christopher R. Anderton, Akos Vertes, Gary Stacey. In-Situ Metabolomic Analysis of Setaria viridis Roots Colonized by Beneficial Endophytic Bacteria. Molecular Plant-Microbe Interactions®, 2020; 33 (2): 272 DOI: 10.1094/MPMI-06-19-0174-R
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