肥料會破壞植物微生物群防禦疾病的能力，你知道嗎？

植物葉子上的健康微生物組可以保護免受病原體侵害，但不會受到受精植物的侵害。儘管人們熱衷於在作物上噴洒益生菌以確保健康的微生物組，但對健康的地上生物群落或植物圈看起來很少有了解。最近的實驗表明，從正常人群構建的天然微生物組和合成生物群對病原體具有保護作用，儘管有時低劑量比高劑量更有效。令人驚訝的是，儘管植物圈健康，但植物受精使病原體在葉片上繁殖。

番茄，噴洒細菌以模擬不同的葉片微生物組，用病原體進行攻擊，以測量微生物組保護植物免受疾病侵害的程度。

一項關於微生物群落在植物葉片上發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現，用健康西紅柿中的微生物噴洒西紅柿可以保護他們免受致病細菌的侵害，但事先對西紅柿進行施肥會抵消對番茄的保護作用，從而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不平衡。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環境時，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Britt Koskella說，他是加州大學伯克利分校的助理教授綜合生物學。

科斯凱拉說，肥料效應不是研究的唯一驚喜。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，並發現噴洒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。Berg用一種人工微生物群落噴洒葉子，該群落由12種從健康番茄的天然微生物組中提取的細菌組成。

「我們發現最具保護性的社區是最稀釋，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，但研究結果很重要，因為有機農民正在談論用益生菌噴洒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/高保護效果的事實表明它並不像僅僅投入更多的微生物那麼簡單，」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 」雜誌的印刷版中報告他們的發現; 該文章將於7月26日在線發布。

Koskella專註於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，人們對環境的了解甚少。研究人員發現在葉下微生物中發現了意想不到的活動，包括一些細菌如同根系相關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分吸收，生長和抗病能力，科斯凱拉正在調查這是否也適用於地上微生物組。

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：給定植物的正確細菌混合物是什麼？應用這種合適混合物的最佳方法是什麼？

為了研究這些問題，Koskella和Berg首先對在加州大學戴維斯分校的戶外農場種植的健康番茄的天然葉片微生物進行了取樣。

然後，他們將混合物噴洒在加州大學伯克利分校的生長室中的無菌番茄植株上，一周後，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，番茄上的新微生物群體確實保護植物免受病原體的定植，儘管從一些番茄田獲得的微生物群落比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防禦疾病的第一道防線，所以我們希望看到保護，儘管我們不確定，」科斯凱拉說。

人工微生物群落

令人驚訝的是，當他們改變噴洒在葉子上的微生物濃度時，他們發現在許多情況下，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。當他們在西紅柿上噴洒各種劑量的合成菌群時，他們得到了相同的結果：低劑量，稀釋劑量對假單胞菌的保護作用高於濃縮劑量。

伯格重複實驗以確認令人費解的結果，但在隨後的一次試驗中，她決定先給下垂植物施肥。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。當他們在有或沒有受精的情況下重複試驗時，他們證實施用肥料消除了先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並將其降低至低水平。

科斯凱拉懷疑化肥改變微生物組的原因，其中最重要的是營養素可以使葉子變得更健康，這使得所有微生物都能快樂，並且不需要優質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麼低劑量的益生菌治療效果比高劑量更好，但希望未來的研究可以解決這個謎團並幫助指導益生菌在農業中的適當應用。

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，那麼我們已經長期施肥，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與野生近緣種群的微生物群落差異很大。」

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