植物气生根的“智能黏液”：自建微型化肥厂，还配专属“保安”！

【导语】科学家们近日揭示了蔓性野牡丹气生根黏液背后的秘密——这一看似普通的黏液实则是一个微型生态系统，既能自建“化肥厂”固氮，又雇佣了专属“保安”维持秩序。中国科学院西双版纳热带植物园的徐鹏研究员团队发现，黏液中的固氮菌能将空气中的氮气转化为植物肥料，而一种特殊真菌则作为“保安”，保护黏液环境不被破坏。这项研究不仅刷新了我们对植物根际的认知，还为开发环保肥料和生物农药提供了新思路。相关成果已发表在顶级微生物学期刊《Microbiome》上，其中神奇的“真菌保安”F-XTBG8更已申请专利保护，未来有望广泛应用于绿色农业。

科学家们揭开了藤蔓植物蔓性野牡丹气生根（暴露在空气中的根）上大量分泌黏液的秘密！这可不是普通的“鼻涕”，而是一个精妙运作的微型生态系统，能自己“造化肥”，还有“保安”维持秩序。

图1：蔓性野牡丹的花及其气生根分泌的黏液

核心发现：黏液的双重神奇功能

1. 自建“化肥厂”（固氮）：

• 中国科学院西双版纳热带植物园的徐鹏研究员团队发现，这些黏糊糊的黏液里住满了特殊的细菌（固氮菌）。
• 这些细菌像微型工厂，能把空气中不能用的氮气（N₂）转化成植物能吸收的“肥料”（氮素）。
• 实验证明，这些黏液贡献了植物所需氮肥的37%到54%！相当于植物给自己开了个小型化肥厂。

1. 雇佣专属“保安”（稳态维持）：

• 黏液富含糖分等营养（像“糖浆”），按理说会吸引各种杂菌甚至(zhì)病(bìng)菌(jūn)来(lái)“抢(qiǎng)食(shí)”，导(dǎo)致(zhì)混(hùn)乱(luàn)。

• 但神奇的是，黏液里主要是有益的固氮菌，坏菌很少。这是怎么做到的？

• 科学家发现，植物“招募”了一位真菌“保安”（编号F-XTBG8，刺孢壳属真菌Chaetomella raphigera）。

• 这位“保安”本领高强：

  • 能产生广谱抗生素，抑制超过100种杂菌和病原菌，保护黏液环境不被破坏。
  • 但神奇的是，它对黏液里的“好员工”——固氮菌却“网开一面”，允许它们安心工作。

• 这样，“保安”就维持了黏液这个微型工厂的秩序和平衡（稳态）。

图2：气生根黏液与地下根际生态位具有不用的化学组成和微生物组

图3：氮同位素标记实验及控制实验证明气生根-黏液微生境具有固氮与促生功能

研究意义

1. 刷新认知： 首次在双子叶植物（蔓性野牡丹）的气生根上，发现通过黏液微生物进行的高效生物固氮，大大扩展了我们对植物“根际”范围和作用的理解。
2. 揭示精妙机制： 发现了植物如何通过黏液主动营造并精密控制一个对自己有利的微生物环境（固氮菌+抗菌真菌的完美搭档）。
3. 应用潜力巨大：

• 那个厉害的“真菌保安”F-XTBG8已经申请了专利！它有潜力被开发成广谱、高效的生物农药或抗菌剂，帮助农作物抵抗病害，减少化学农药使用。
• 初步实验还表明，黏液里的固氮菌和这个“保安”真菌，对水稻、玉米、小麦、番茄等多种农作物有促进生长和抵抗病害的效果。未来可能研发出新型的微生物肥料或生防制剂，助力绿色农业。

图4：黏液微生境中存在一种广谱抗性的真菌F-XTBG8，但其不抵御固氮细菌类群

总结：

科学家发现，蔓性野牡丹气生根分泌的黏液是个“宝地”，里面养着能把空气变肥料的固氮菌（贡献近半氮肥），还雇了个专打坏蛋、保护固氮菌的“保安”。这种精妙的共生系统，不仅揭示了植物智慧，还为开发环保肥料和生物农药提供了新思路！

这项由中国科学家西双版纳热带植物园徐鹏研究员团队领衔完成的重要研究，发表(biǎo)在顶级微(wēi)生(shēng)物(wù)学(xué)期(qī)刊(kān)《Microbiome》上(shàng)。 那(nà)个(gè)神(shén)奇(qí)的(de)“真(zhēn)菌(jūn)保(bǎo)安”F-XTBG8已经申请专利保护，未来有望在农业中大显身手。

作者：庞志强、毛新雨

新闻来源：http://xtbg.cas.cn/2022/kxyj01/kydt_1/202304/t20230422_6742994.html