一項關于微生物群落在植物葉片上發(fā)揮作用的新研究表明，施肥作物可能使它們更容易患病。加利福尼亞大學伯克利分校的生物學家發(fā)現，用健康番茄中的微生物噴灑西紅柿可以保護他們免受致病細菌的侵害，但事先對西紅柿施肥會抵消這種保護作用，導致植物葉片上病原微生物的數量增加。

雖然研究人員還不知道葉片上有害細菌數量的增加是否真的使番茄生病，但該研究清楚地表明，肥料會使葉片上的微生物群落失去平衡。這可能會使致病生物進入植物。

“當我們改變植物所處的營養(yǎng)環(huán)境時，我們正在從根本上改變植物 -微生物組的相互作用，而且重要的是微生物組介導的天然植物/微生物相互作用的保護，”資深作者，加州大學伯克利分校助理教授Britt Koskella說。綜合生物學。

科斯凱拉說，肥料效應并不是這項研究的唯一驚喜。她和合著者，研究生Maureen Berg正在調查葉子上微生物群落的密度如何影響植物對疾病的抵抗力，并發(fā)現噴灑在葉子上的較低劑量的有益微生物通常更有效地保護感染的植物比較高的劑量。伯格用一種人工微生物群落噴灑葉子，這種群落由12種從健康番茄的天然微生物組中提取的細菌組成。

“我們發(fā)現最具保護性的社區(qū)是最稀釋，最不集中，最低劑量，”她說。“這完全不直觀。中劑量給予中等保護，最高劑量保護最少。”

植物益生菌

原因尚不清楚，但研究結果非常重要，因為有機農民正在談論用益生菌噴灑作物以促進更好的生長和疾病保護，就像人類食用含有“好”微生物的益生菌以改善健康一樣。

“我們看到這種低劑量/高保護作用的事實表明它并不像僅僅投入更多的微生物那么簡單，”科斯凱拉說。“要了解如何應用植物益生菌，還有很多工作要做。”

她和伯格將在8月6日的“當代生物學”雜志的印刷版中報告他們的發(fā)現;該文章將于7月26日在線發(fā)布。

Koskella專注于植物的地上微生物組，或者是與植物根，根際相關的充分研究的地下微生物組相比，人們對環(huán)境的了解甚少。研究人員發(fā)現在葉下微生物中發(fā)現了意想不到的活動，包括一些細菌如同根系相關的細菌一樣從空氣中固定氮。許多研究表明，根中的微生物群落可以促進植物的養(yǎng)分吸收，生長和抗病能力，科斯凱拉正在研究這是否也適用于地上微生物組。

她的實驗與益生菌處理作物的問題有關，可以幫助回答以下問題：給定植物的正確混合細菌是什么?應用這種合適混合物的最佳方法是什么?

為了研究這些問題，Koskella和Berg首先對加州大學戴維斯分校室外田間種植的健康番茄的天然葉片微生物進行了抽樣調查。

然后，他們將混合物噴灑在加州大學伯克利分校的生長室中的無菌番茄植株上，一周后，將葉子注入丁香假單胞菌，導致番茄斑，這是一個用殺蟲劑處理的主要問題。事實上，西紅柿上的新微生物群體確實保護植物免受病原體的定植，盡管從一些番茄田獲得的微生物群落比來自其他田地的微生物群更好。

“這個與我們自己的皮膚非常相似的葉狀微生物群落是抵抗疾病的第一道防線，因此我們希望看到保護，盡管我們不確定，”科斯凱拉說。

人工微生物群落

令人驚訝的是，當他們改變噴灑在葉子上的微生物濃度時，他們發(fā)現在許多情況下，低劑量比高劑量更有效。

為了找出原因，他們構建了一個由天然植物中發(fā)現的12種物種組成的人工微生物群落 - 基本上，12種在文化中生長最好。當他們在番茄上噴灑各種劑量的合成菌群時，他們得到了相同的結果：低劑量，稀釋劑量對高度濃縮劑量的假單胞菌的保護作用更強。

伯格重復實驗以確認令人費解的結果，但在隨后的一次試驗中，她決定先給下垂的植物施肥。在該試驗中，沒有一個微生物組劑量對假單胞菌具有保護作用。當他們在施肥和不施肥的情況下重復試驗時，他們證實肥料的施用消除了之前觀察到的保護作用。

在每個實驗中，他們通過記錄假單胞菌的相對群體與其他大多數有益微生物相比來判斷對病原體的保護，因為健康的微生物組應該有效地與病原體競爭并將其降低至低水平。

科斯科拉懷疑化肥改變微生物組的原因，其中最重要的是營養(yǎng)素可以使葉子更健康，這使得所有微生物都快樂，并且不需要好的微生物來競爭壞微生物。她和她的小組現在正在進行實驗來檢驗這一假設。

他們仍然不知道為什么低劑量的益生菌治療效果比高劑量好，但希望未來的研究可以解決這個謎團并幫助指導益生菌在農業(yè)中的適當應用。

然而，Koskella和Berg說，肥料對葉和莖微生物組的影響應該導致生物學家探索肥料對根微生物組的影響，以及植物的總體健康狀況。

“如果我們還沒有看到長期受精對植物如何與微生物相互作用的影響，那么我們已經長期施肥，這會讓我感到驚訝，”她說。“有很多研究表明馴化植物的微生物群落往往與其野生近緣種有很大不同。”

最重要的問題是，這會影響工廠的整體健康嗎?為什么?