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新发现!一种植物激素可提高作物产量30% 新加坡国立大学和新加坡环境生命科学工程研究中心的科学家们发现了一种来自大自然工具箱的强大武器,用于应对当今农业面临的挑战:农用微生物制剂,一种天然源起源的农用化学品,可增强作物和微生物之间的协同作用,从而提高作物产量和生产力。
在为期5年的研究中,科学家们发现一种植物在面临环境压力时释放的保护性激素——一种被称为甲基茴香酸(MeJA)的挥发性有机化合物(VOC),具有一个迄今未知的功能。他们发现MeJA可作为一种共享的“秘密语言”,允许植物与周围的土壤微生物群体进行交流。
研究小组的三大发现为: 1) 利用一种特殊设计的气流系统,科学家们首次发现MeJA能以挥发形式从植物根部释放; 2) 挥发态MeJA的存在可触发和增强距离植物根部一定距离的细菌生成生物膜; 3) 这些生物膜中的细菌可释放不同种类的挥发化合物,提高植物生长量达30%。 相关研究发表在2023年11月13日的《自然化学生物学》杂志上。 图为甲基茴香酸促进的根际微生物群落与阿拉伯芥菜幼苗之间的协同效应。 研究负责人、新加坡国立大学科技学院可持续城市农业研究中心主任研究员Sanjay Swarup表示,这项发现对可持续农业影响重大。利用这些农用微生物不仅可提高作物产量,还可减少对合成投入的依赖,降低现代农业对环境的影响。
鉴于发现了一种植物与益生微生物自然交流的方式,研究小组已申请专利以利用这种应用增强农业系统的适应性和生产力。这可能会催生一代新型的以自然为蓝本的农用化学品。 农用微生物可影响植物生长,确保粮食安全 面对2050年100亿的世界人口,确保粮食安全已成为本世纪最紧迫的挑战之一。新加坡例如制定了“30×30”目标,即到2030年能自给30%的营养需求。 为实现这一目标,农业生产力必须迅速应对气候变化、土地退化和日益不可预测的极端天气事件的影响。农用微生物及其衍生的天然农用化学品,现已成为可持续农业发展的一大有望策略。 不同种类丰富的农用微生物可促进植物生长、预防疾病和固定氮肥,还可分解有机物质、循环营养和增加土壤蓄水性,从而维持土壤肥力。这些微生物群落主要分布于生物膜中。 植物根系释放的“芳香”产生连锁正向效应 具有香气的 MeJA VOC可从远距离影响微生物。这表明信号传播可超越植物根际,通过溶解和挥发分子在更广范围内介导植物与微生物的交流。 本文第一作者、现任L'Oréal-新加坡环境生命科学工程研究中心联合实验室科学家 Omkar Kulkarni博士表示:“植物无法像我们人类那样说话,但它们用优雅的方式实现远距离交流。这一激动人心的发现不仅为植物-微生物互作的基础研究带来洞见,还可能为开发天然源农用化学品铺平道路。” Kulkarni博士的这项研究是他在新加坡国立大学科技学院生物科学系博士期间所做的。 本文的另一第一作者、新加坡环境生命科学工程研究中心研究员 Mrinmoy Mazumder博士补充说:“植物与根际微生物之间的挥发性有机物介导的远距离交流协调了自然和谐合作。这项发现在基础和应用两方面都具有重要意义,为科学界深入机制研究和开发适用于不同作物的解决方案提供了机遇。”
More information: Omkar S. Kulkarni et al, Volatile methyl jasmonate from roots triggers host-beneficial soil microbiome biofilms, Nature Chemical Biology (2023). DOI: 10.1038/s41589-023-01462-8 Journal information: Nature Chemical Biology 【免责声明】图文来自网络，版权属于原作者，如有侵权或非授权发布之嫌，请联系我们，我们将及时更正、删除。转载目的在于促进信息交流，并不代表本公众号赞同其观点或对其内容真实性负责。欢迎关注PaperRSS公众号，每天都在更新。 |
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