文摘
如果你是一个微生物在土壤中,你怎么说你的邻居?说英语,法语,或者意大利不会你任何良好的地下。相反,您必须使用分子的话!土壤微生物如细菌和真菌相互沟通和与其他生物,如动物或植物,通过生产不同种类的分子。许多使用这些生物分子化学单词。这些分子可以不稳定的分子,这意味着它们就像气体,就像空气一样。他们可以通过小口袋里的空气旅行很容易在土壤中,也可以旅行真的太远了。这就像长途通信。其他分子可溶性,这样他们就可以溶于水,使生物接近彼此之间的沟通。生物体接收这种沟通可以以不同的方式作出反应,如由增长速度或产生其他分子的反应。 In this article, we will explore the exciting and mysterious world of belowground chemical communication and its role in the interactions occurring between microbes and plants.
生活在土壤中
土壤是一个最吸引人的和复杂的生态系统在地球上。不仅是地球的外表面植物生长的地方,但也是一个壮观的和隐藏的世界多种生物生活的地方。土壤是由不规则的岩石碎片,小气孔,有机质(死去的植物和动物)。这对微生物环境是一个美妙的地方,昆虫和植物。你能相信土壤充满生活吗?根据土壤特性(石头的大小,类型的食物,水,等等),不同的生物可以活。这些不同的生物建立一个特定的社区,这是一个独特的设置不同的生物生活在一起。
你知道土壤微生物是什么吗?他们非常微小的生物生活在土壤颗粒或其他生物。有真菌形状类似于非常薄的根,这样他们就可以触摸和与他们的邻居交换信息。也有细菌,这是由一个单细胞生物,你通常可以看到只有使用显微镜。如果这些生物生活在根际(植物根系周围的土壤的一部分),他们被称为根际土壤微生物。他们还可以住在根表面或内部根(1]。在根际中,您可以找到有益微生物(好),帮助植物生存和生长,或有害微生物(坏的管理者),攻击植物,使它们生病。
土壤微生物和植物沟通如何?
尤其令人兴奋的是土壤微生物相互交流的能力以及与其他生物,包括植物和动物。微生物和植物之间的通信已被许多科学家研究。这种通信是基于使用分子的话,叫做化学通讯。你可以想象一个分子作为一个群体的许多小球(我们称之为原子),连接到对方。这些原子是重要的化学部分,如碳(C)、氢(H)、氧气(O)、氮(N),联合起来(就像一个谜)形成分子像水(H2O)和二氧化碳(有限公司2)。创建原子分子的特定组合有不同的属性。
土壤微生物可以产生许多类型的分子,它可以分为两大类:可溶性分子和挥发性分子。可溶性分子溶于水,茶的方糖,和他们可以经由水在土壤中。他们是用来跟植物靠近微生物生长。挥发性分子,也被称为挥发性有机化合物挥发性),用于长距离通信(图1)。这些挥发性化合物气体,旅行很容易通过土壤的气孔。植物根系能闻到这些气体,就像你的鼻子可以闻到一朵花或新鲜烤面包1]。化学通讯不会发生只在一个方向(从微生物到植物),但在两个directions-plants也产生分子可以被微生物所理解。
- 图1 -根际中的Plant-microbe交互。
- 这张照片显示了三种类型的交互:(一)植物之间的相互作用和微生物生活在根表面或附近的根,在可溶性分子的帮助;(B)植物和微生物之间的相互作用生活远离根部,在挥发性分子的帮助;和(C)相互作用与微生物生活在根,根细胞直接接触。这些交互发生在土壤中,是由岩石、空气孔,有机物。
沟通分子的影响是什么?
这里有一些例子的微生物和植物之间发生了什么,当他们开始交谈。
植物和微生物互相帮助获得食物
许多土壤微生物可以帮助植物生长,因为植物的微生物提供必要的营养成分。例如,一种细菌根瘤菌可以将空气中的氮(N2)到一个不同的分子:氨(NH)3)。这种转变称为固氮作用,它发生在土壤中。植物的固氮作用是非常重要的,因为他们需要氮成长,他们只能得到NH3从土壤中。通过将N2在北半球3,根瘤菌帮助植物生长,并使他们更强大!
更有趣的是,是什么根瘤菌可以跟特定群体的植物,包括豆类。但是这种对话是如何工作的呢?首先,被称为异黄酮的植物释放分子进入根际,从而吸引根瘤菌。“听”的细菌植物,往“交谈”。在他们通往工厂根瘤菌开始生产其他分子,称为nod-factors,告诉工厂创建一个空间的根,称为根瘤,根瘤菌可以住。换一个地方生活和食品(糖)的植物,根瘤菌给了北半球的植物很多3(图2)。因此,植物,允许根瘤菌生活与他们成长更多。植物和根瘤菌,住在一起是一个优势,因为生物吃更多的食物比当他们独自生活,因此他们可以更好的生长2]。
- 图2 -植物的影响根瘤菌根结构的相互作用。
- (一)正常的根结构和化学通讯的开始。首先,工厂生产异黄酮(1)根瘤菌由生产nod-factors响应(2)。(B)根瘤菌用于根,根头发,然后改变其形状拥抱着细菌,细菌可以进入根。(C)根瘤的形成,这是细菌繁殖的空间和糖和氮交易。
微生物可以帮助保护植物免受病原体和害虫
生物因素是一个环境生活的部分,如植物、动物和微生物(图3)。生物压力是有机体感到的压力,就像一株植物,受到生物因素,如有害微生物,称为病原体或坏的昆虫,害虫。良好的微生物可以帮助植物抵抗病原体和害虫在两个方面。第一,微生物可以推开病原体和害虫或杀死它。例如,一些好的微生物产生的挥发性有机化合物的仪器,可以阻止病原体的增长或害虫对植物的袭击。第二种方法良好的微生物可以帮助植物抵抗病原体本身就是告诉工厂准备通过增加其防御作战。也可能你的妈妈,在冬季,告诉你吃橙子,因为它们包含一个重要的分子,维生素C,能提高你的免疫防御保护你免受疾病。微生物和植物的机制是一样的!例如,细菌产生的分子荧光假单胞菌让植物更好地抵御病原体的攻击(3]。
- 图3 -重要的生物因素和非生物因素相互作用的环境。
- 他们对植物生长产生影响,会影响化学植物和土壤中微生物之间的沟通。蘑菇的图标是Flaticon.com。
微生物可以帮助植物生存困难的地区
非生物因素是一个环境的非生物部分,包括阳光,温度,水(图3)。非生物压力的负面影响等因素在一个活的有机体。非生物的例子强调削弱植物低水的可用性和高水平的盐。良好的微生物可以帮助植物生活在艰难的生活条件不好的地区。例如,细菌假单胞菌chlororaphisO6允许一些植物生存当没有足够的水4]。其他微生物,如细菌枯草芽孢杆菌,帮助植物生存在土壤中有高浓度的盐,减少盐的数量进入植物的根(5]。
为什么它是重要的理解化学沟通?
化学微生物与其他生物之间的沟通开始进化数百万年前。四百五十年前,植物从大海,开始在陆地上生活。科学家认为,土壤真菌首先帮助植物做出这一举动的土地。真菌帮助植物使用重要的营养物质,植物可以生存6]。数百万年来,化学土壤生物之间的沟通一直是重要的植物健康和成长。在本文中,我们解释了plant-microbe交互可以给工厂更多的食物或者帮助植物抵抗病原体或生活在困难的地区。不幸的是,这些交互是在危险!高使用抗生素、杀虫剂和化肥在农业可以改变土壤,这样做还能改变土壤社区,导致一些土壤生物死亡和其他生长。微生物群落的变化可以对植物产生可怕的影响;例如,微生物生长可能是病原体!
人口仍在增长,因为人们需要食物生存,提高植物生长的新方法和食品生产必须找到(2]。越来越多的微生物作为自然助手改善植物生长和粮食生产。研究microbe-plant沟通需要了解哪些微生物可以帮助植物生长。我们必须密切注意选择正确的微生物!例如,你可以认为真菌的使用镰刀菌素culmorum将会是一个好主意,因为它有助于某些植物生长在困难地区丰富的盐。然而,镰刀菌素culmorum是一个坏为玉米,它是一种病原体生物!由于这些原因,研究人员想了解尽可能多地了解化学沟通,增加我们对土壤生态系统的知识,了解生物相互作用在这些生态系统,并帮助我们用plant-microbe交互来增加对食物同时保护土壤生态系统的植物生长。
术语表
生态系统:↑一组不同的生物(植物、动物和微生物)与非生命物质在一个特定的区域。
根际:↑部分根系周围的土壤,植物和微生物利用分子相互交谈。
化学通讯:↑之间的通信发生两个或多个不同生物体(植物、动物和微生物)通过使用分子。
可溶性:↑溶于水的物质,比如盐和糖。
挥发性:↑一种物质,帐篷很容易成为气体和空气中传播,就像一朵花的味道。
挥发性有机化合物的仪器:↑的挥发性有机化合物是由不同的生物,如植物和微生物,通过距离来相互沟通。
生物因素:↑生活的组成部分一个环境,如植物、动物和微生物。
非生物因素:↑一个环境的非生物因素,如岩石,阳光,和水。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
引用
[1]↑面包车大坝,n . M。Weinhold,。,和Garbeva, P。2016. Calling in the dark: the role of volatiles for communication in the rhizosphere.ISME J。12:1252 - 62。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 319 - 33498 - 1 - _8
[2]↑托马,S。,Suyal, D. C., and Goel, R. 2016. “Biofertilizers: a timely approach for sustainable agriculture,” in Plant-Microbe Interaction: An Approach to Sustainable Agriculture, eds D. Choudhary, A. Varma, and N. Tuteja (Singapore: Springer). p. 375–95. doi: 10.1007/978-981-10-2854-0_17
[3]↑凡我们,s . c . M。Van der Ent年代。,和Pieterse, C. M. J. 2008. Plant immune responses triggered by beneficial microbes.咕咕叫。当今。植物医学杂志。11:443-8。doi: 10.1016 / j.pbi.2008.05.005
[4]↑Garbeva, P。,和Weisskopf, L. 2020. Airborne medicine: bacterial volatiles and their influence on plant health.新植醇。226:32-43。doi: 10.1111 / nph.16282
[5]↑Ortiz-Castro, R。,Contreras-Cornejo, H. A., Macías-Rodríguez, L., and López-Bucio, J. 2009. The role of microbial signals in plant growth and development.植物的信号。Behav。4:701-12。doi: 10.4161 / psb.4.8.9047
[6]↑场,k . J。,Pressel, S., Duckett, J. G., Rimington, W. R., and Bidartondo, M. I. 2015. Symbiotic options for the conquest of land.生态发展趋势。另一个星球。30:477 - 86。doi: 10.1016 / j.tree.2015.05.007