"童年"生長環境決定作物"成年"健康

田間斑塊化土壤障礙現象↑韋中供圖

人們常說"三歲看大",童年的成長環境影響著人成年后的身體健康。最近,科學家發現,作物也是如此。9月26日,《科學進展》在線發表南京農業大學資環學院教授沈其榮團隊最新研究成果。他們發現,土傳病原菌入侵作物根際或根系,與苗期土壤中病原菌的數量、土壤理化特性的高低并沒有關系,而與苗期土壤細菌群落的結構密切相關。

論文通訊作者沈其榮告訴《中國科學報》,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態系統中,土壤病原菌較難入侵作物。然而,在經濟作物種植區,由于化肥農藥等化學品的長期過量投入和經濟作物的單一連作,導致土壤生態環境失衡,土傳病害頻發,作物減產嚴重。

不過,在土傳病害爆發嚴重的田塊中,往往也存在少量的健康植株,土肥工作者稱之為斑塊化土壤障礙現象。這是怎么形成的呢?這與作物苗期移栽時的土壤生態環境有關系嗎?

論文共同第一作者、南京農大副教授韋中介紹,土傳病原菌侵染作物是一個動態變化過程。為了回答上述問題,他們設計了一個非破壞性根際土壤樣品連續采集裝置,在田間條件下對單株作物不同生育期根際菌群等特性進行動態跟蹤。結果發現,土傳病原菌能夠成功入侵與作物苗期的土壤細菌群落結構密切相關。例如,菌群多樣性越高,互作網絡越復雜,病菌入侵作物的難度越大。

他們繼而發現,在作物苗期健康土壤中,像芽孢桿菌和假單胞菌這類具有抑制病原菌能力的關鍵拮抗有益菌的豐度,顯著高于發病土壤。宏基因組分析也發現,苗期健康土壤中聚酮類和非核糖體肽類等關鍵抑菌物質合成基因的豐度也顯著高于發病土壤。

韋中說,這說明苗期土壤細菌群落可能通過產生抑菌物質形成競爭互作型群落,這種競爭互作關系使得土壤生態位空間縮小,有效抑制了作物生長中后期的病原菌入侵,保障作物一生健康。

上述發現,"不僅為田間根際土壤菌群管理找到了抓手,而且為根際菌群互作調控指明了方向,即增加土壤微生物競爭互作的網絡形成。"沈其榮說。

 
作者:李晨 來源:中國科學報 相關論文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw0759

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