土壤科学研究表明植物如何释放特定的代谢物来提高生产力

众所周知，大多数植物在很大程度上依赖于种植它们的土壤条件，并且土壤中存在的微生物本身会影响植物生长时的整体健康。现在，能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)和加州大学伯克利分校的科学家们进行的一项新研究对这一主题提供了更多的见解。

更具体地说，研究人员发现植物可以在发育过程中制作其根部微生物组，并且他们通过使用特定的代谢物来做到这一点。该研究可能对正在寻找进一步改善土壤微生物组以及提高碳储存和植物生产力的方法的科学家有很大帮助。

尽管人们对植物对种植土壤的依赖有很多了解，但很少有人研究植物释放的特定代谢物与通常发现消耗它们的微生物之间的关系。通过这项新研究，土壤科学、微生物和植物基因组学以及代谢组学方面的专家聚集在一起，以探索存在的代谢联系(如果确实存在的话)。他们的研究结果最近发表在一项题为“动态根系分泌物化学和微生物底物偏好驱动根际微生物群落组装模式”的研究中，该研究发表在《 自然微生物学》杂志上。

根据伯克利实验室的博士后研究员和该研究的主要作者 Kateryna Zhalnina 的说法，他们真的试图通过他们的研究来了解事情的真相。“一个多世纪以来，众所周知，植物会影响土壤微生物组的构成，部分原因是通过将代谢物释放到根部周围的土壤中，”她说。“然而，直到现在，人们还不清楚植物释放的这种混合物的含量是否与土壤微生物的摄食偏好相匹配，从而使植物能够指导其外部微生物组的发育。”

为了进行他们的研究，研究人员从加利福尼亚大学位于北加州的霍普兰研究和推广中心收集了土壤。伯克利实验室气候和生态系统科学部的专家随后在其上培育了数百种不同的细菌物种，然后选择了随着植物根系在土壤中生长而繁荣或衰退的子集。

收集微生物后，研究人员将它们送到联合基因组研究所(JGI)进行分析。这表明，繁盛的微生物的“饮食”是它们成功的关键。他们在微生物分析之后对实际植物进行了一系列测试，用于确定释放出哪种代谢物。然后他们取出培养的土壤微生物，给它们喂食“代谢物混合物”，以找出微生物更喜欢哪些微生物。

研究人员发现，与土壤中不太成功的微生物相比，在植物根部繁盛的微生物更喜欢富含有机酸的饮食。根据伯克利实验室环境基因组学和系统生物学部的高级科学家 Trent Northen 的说法，微生物的首选饮食在植物生命周期的不同阶段往往会有所不同。“在其生长周期的早期，植物会释放出大量的糖，‘糖果’，我们发现许多微生物都喜欢这种糖，”他解释说。随着植物的成熟，它们似乎释放出更多样化的代谢物混合物，其中包括酚酸。“我们发现，根际中变得更加丰富的微生物是那些可以利用这些芳香代谢物的微生物，”他补充说。

预计这项研究的结果将有助于提高植物产量和土壤质量，从而最终满足社会对可持续农业实践日益增长的需求。

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