這些微小的土壤微生物可以拯救鹽分農田中的農作物

由中國研究員鄭艷芬博士領導的包括東安格利亞大學（UEA）科學家在內的研究小組發現，天然存在的土壤細菌可以顯著提高植物在鹹水條件下的生存能力。

該研究還揭示了這些微生物以一種以前未知的方式保護玉米、番茄和油菜籽等作物免受鹽脅迫。這項發現最終可能有助於農民在對傳統農業來說鹽分過高的土地上種植糧食。

土壤鹽分威脅全球農業

由於氣候變遷、灌溉措施和海平面上升，農地鹽分累積正成為日益嚴重的問題。當鹽在土壤中累積時，會阻礙植物生長，破壞根部，並會急劇降低作物生產力。

東安格利亞大學生物科學學院和諾維奇研究園 Quadram 研究所的喬納森·托德教授表示：“農田鹽分積累是一個主要且日益嚴重的問題，這是由氣候變遷、灌溉和海平面上升造成的。”

「鹽會抑制植物生長、破壞根部並嚴重影響整個農作物——使全球糧食供應面臨風險。

「我們知道植物依靠根部周圍的微生物群落（稱為根微生物組）來幫助它們應對環境壓力。但這些關係到底如何發揮作用，以及它們在作物和土壤中是否一致，目前仍不清楚。”

「我們發現植物在鹽漬土壤條件下招募有益細菌，從而引發內部變化，增強其物理結構和恢復能力。

“如果科學家能夠利用這一自然過程，它可能標誌著氣候適應型農業新時代的開始。”

根部微生物被鹽脅迫植物吸引

為了更好地了解植物和微生物之間的這些夥伴關係，研究人員檢查了在不同類型土壤中生長的多種作物的根部微生物。

他們發現，一群自然存在的細菌（稱為假單胞菌）會不斷聚集在暴露於鹽脅迫的植物根部周圍。在包括玉米、番茄和油菜籽在內的幾種作物中也發現了同樣的模式，顯示這是一種廣泛的生物反應，而不是單一植物所獨有的。

遺傳分析也解釋了為什麼這些細菌在鹹味環境中表現得如此出色。

托德教授說：“與其他微生物相比，假單胞菌攜帶特殊的基因，幫助其耐受高鹽水平，包括鈉轉運系統和其他抗壓力機制。”

根系更強健，產量更高

然後，研究小組將選定的假單胞菌菌株引入大豆植物中。在溫室研究和田間實驗中，細菌成功地在根部定植，並顯著改善了植物在鹽分條件下的生長。

托德教授說：“我們發現，與鹽土中未經處理的植物相比，經過微生物處理的植物表現出更強的根系、更好的發育和更高的生產力。”

意想不到的植物防禦

研究人員驚訝地發現，這些細菌並沒有透過降低植物組織內的鹽含量來幫助植物。

「最令人驚訝的是了解細菌如何幫助植物適應。

「幾十年來，人們認為植物透過控制鈉含量來生存鹽分——本質上是將有害鹽排除在外。但我們沒有發現任何證據表明細菌會影響鈉轉運或離子平衡。

「細菌並沒有幫助植物直接管理鹽分，而是刺激植物產生更多一種叫做木質素的物質。

“經過細菌處理的植物根部的木質素含量顯著增加，一些測量值在鹽脅迫下增加了 30% 以上。”

木質素自然增強植物

木質素是一種堅韌的木質物質，構成植物細胞壁的一部分。它充當內建支撐系統，增強植物組織並幫助它們承受環境壓力。

研究人員確定了導致木質素產量增加的主要基因。當這些基因過度表現時，植物在鹽漬土中表現得更好。

相較之下，無法產生木質素的植物並沒有從細菌中受益，這表明木質素的產生對於新發現的保護作用至關重要。

托德教授說：「我們希望這項發現將為農業開闢新的可能性。

「透過利用假單胞菌等自然存在的微生物，可以開發出生物療法，幫助農作物在鹽漬土壤中生長，而無需大量化學投入。

“由於大片農田已經受到鹽分影響，甚至更加脆弱，微生物解決方案可能成為維持農作物產量和確保糧食安全的重要工具。”

結果發表在期刊上 科學的進步 在論文中，“與鹽脅迫植物相關的假單胞菌通過木質素生物合成促進大豆的逆境適應。”