“童年”生长环境决定作物“成年”健康

2019-09-27来源:资源与环境科学学院作者:资环学院

人们常说“三岁看大”,童年的成长环境影响着人成年后的身体健康。最近,科学家发现,作物也是如此。9月26日,《科学进展》在线发表亚洲城手机版入口资环学院教授沈其荣团队最新研究成果。他们发现,土传病原菌入侵作物根际或根系,与苗期土壤中病原菌的数量、土壤理化特性的高低并没有关系,而与苗期土壤细菌群落的结构密切相关。

论文通讯作者沈其荣告诉《中国科学报》,土壤中既有有益微生物,也有能侵害作物的病原微生物,在健康的土壤微生物生态系统中,土壤病原菌较难入侵作物。然而,在经济作物种植区,由于化肥农药等化学品的长期过量投入和经济作物的单一连作,导致土壤生态环境失衡,土传病害频发,作物减产严重。

不过,在土传病害爆发严重的田块中,往往也存在少量的健康植株,土肥工作者称之为斑块化土壤障碍现象。这是怎么形成的呢?这与作物苗期移栽时的土壤生态环境有关系吗?

论文共同第一作者、南京农大副教授韦中介绍,土传病原菌侵染作物是一个动态变化过程。为了回答上述问题,他们设计了一个非破坏性根际土壤样品连续采集装置,在田间条件下对单株作物不同生育期根际菌群等特性进行动态跟踪。传统认为作物发病跟苗期土壤中病原菌的数量、土壤理化特性等因素密切相关。然而,他们研究发现,土传病原菌入侵作物根系后作物是否发病主要取决于作物苗期土壤细菌群落的结构特征,而苗期病原菌的数量、土壤理化特性等不是主要决定因素。

他们继而发现,在作物苗期健康土壤中,像芽孢杆菌和假单胞菌这类具有抑制病原菌能力的关键拮抗有益菌的丰度,显著高于发病土壤。宏基因组分析也发现,苗期健康土壤中聚酮类和非核糖体肽类等关键抑菌物质合成基因的丰度也显著高于发病土壤。这与前期实验室发表在EcologyLetters的研究发现一致:土壤微生物便利型互作关系有利于病原菌入侵,而拮抗竞争型微互作能有效抑制病原菌入侵(/2018/1123/c18a97195/page.htm)。

韦中说,这说明苗期土壤细菌群落可能通过产生抑菌物质形成竞争互作型群落,这种竞争互作关系使得土壤生态位空间缩小,有效抑制了作物生长中后期的病原菌入侵,保障作物一生健康。

上述发现,“不仅为田间根际土壤菌群管理找到了抓手,而且为根际菌群互作调控指明了方向,即增加土壤微生物竞争互作的网络形成。”沈其荣说。

国家自然科学基金优秀青年项目获得者韦中副教授和谷益安博士为共同第一作者,徐阳春教授和沈其荣教授为共同通讯作者。农业资源与环境学科生物学研究创新引智(111)基地专家Alexandre Jousset博士、Ville Petri Friman博士和George A.Kowalchuk教授参与了这一工作。

近年来,沈其荣教授团队微生态与根际健康实验室在973项目、国家自然科学基金和国家重点研发等项目资助下,围绕土壤微生态与土传病害防控这一重大问题,在揭示抑病型土壤微生物区系形成机制、菌群互作机制与益生菌群构建和抑病型土壤微生物群落调控等方面取得重要突破。相关工作先后在Nature Communications,Science Advances,Ecology Letters,mBio,Environ Microbiol, Soil BiolBiochem等国际著名期刊发表。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaaw0759







编辑:王亦凡

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