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中国科学报铁载体：土壤稀缺资源保卫战的“秘密武器”( 二 )


一般认为 ， 铁载体分泌是细菌适应缺铁环境的普遍机制 ， 但缺少有力的证据 。 论文审稿人评论道：“这项成果是支撑该假说最好的大规模实证研究 。 ”
随后研究发现 ， 有些铁载体可以抑制青枯菌生长 ， 产量越大抑制能力越强 ， 被称为抑制型；而一些低产细菌产生的铁载体却为青枯菌的生长提供了便利 ， 被称为便利型铁载体 。
韦中说 ， 合理的解释是 ， 当便利型铁载体介导促进效应时 ， 根际细菌的铁素竞争力弱 ， 分泌的铁载体被青枯菌剥削利用 ， 促进了青枯菌的生长 ， 而自身由于分泌铁载体消耗了大量的能量 ， 却无法回收自己的铁载体获得铁素营养 ， 因此生长受阻；反之亦然 。
为了验证铁载体作用的重要程度 ， 他们给这些铁缺乏的发酵液中补充铁元素 ， 并用来培养青枯菌 。 结果证实 ， 限铁条件下 ， 铁载体发挥的作用占细菌总代谢物质发挥效应的76% 。 “这充分诠释了铁载体是主导根际微生物—青枯菌互作的重要驱动力 。 ”韦中说 。
“以往我们认为 ， 抑菌物质是根际有益微生物发挥抑制病原菌功能的重要因素 。 从这一结果来看 ， 稀缺资源的竞争 ， 特别是铁载体介导的铁营养竞争 ， 可能在根际菌群互作中发挥着更为重要的作用 。 ”沈其荣说 。
顾少华告诉采访人员 ， 有意思的是 ， 大肠杆菌属和金黄杆菌属总体产生铁载体的能力特别强 ， 对青枯菌有很强的抑制能力；而芽孢杆菌属总体产铁载体能力弱 ， 对青枯菌生长总体有促进作用 。
“这跟之前的常识有些不太一样 。 人们往往认为芽孢杆菌是有益微生物 ， 能抑制病原菌 。 ”顾少华认为 ， 这一结果恰恰说明微生物的世界很复杂 。
韦中介绍 ， 进一步研究根际细菌与青枯菌的系统发育距离发现 ， 抑制作用最强的细菌是 ， 与青枯菌系统发育距离相对较近并产生大量铁载体的分离株 。 这与生态学理论相一致 ， 密切相关的物种之间因为生态位重叠的可能性更高 ， 因此资源竞争更剧烈 。

中国科学报铁载体：土壤稀缺资源保卫战的“秘密武器”
本文插图

根际分离细菌分类地位与铁载体产生及作用之间的关系 南京农大供图
“秘密武器”铁载体
在真实而复杂的土壤环境中 ， 上述结论是否仍然适用呢？
“把室内理论发现与田间实际现象结合起来 ， 这是科学技术向生产力转化的关键一步 ， 因为我们必须要解决实际生产中的问题 。 ”徐阳春说 。
“这项研究的新颖之处在于 ， 它将常规微生物组分析与体外试验、植物试验方法相结合 ， 从而确定了土壤微生物组的组成、关键功能性状和植物健康之间的因果关系 。 ”Kümmerli说 。
2018年 ， 经过360种根际细菌、几千棵番茄的田间试验后 ， 他们终于回答了上述问题：产生抑制型铁载体的根际细菌与青枯菌的共存能力较强 ， 而产生便利型铁载体的根际细菌与青枯菌的共存能力较弱 。

中国科学报铁载体：土壤稀缺资源保卫战的“秘密武器”
本文插图

铁载体介导根际菌群与病原菌的铁素竞争与便利关系 南京农大供图
这些强共存竞争能力的微生物能否保护植物的健康呢？“这是我们最终需要回答的问题 ， 也是找到对付土传青枯病的措施的关键所在 。 ”韦中说 。
“我们证明了铁载体介导的根际细菌与青枯菌之间的铁竞争 ， 是预测土壤微生物群落中细菌—青枯菌共存模式、决定病原菌是否入侵成功 ， 以及对宿主植物造成破坏的普遍机制 。 ”Kümmerli说 ， 利用上述研究结论 ， 可以工程化生产抑制型铁载体微生物 。
徐阳春告诉《中国科学报》 ， 该研究说明 ， 铁载体为利用根际有益菌解决土传青枯病问题、开拓植物健康的“靶向疗法”提供了新思路 。 “也就是说 ， 在育苗阶段加入高产且铁载体不会被病原菌‘窃取’的有益微生物 ， 可以有效保护植物健康 。 ”


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