Trends in Plant Science | 朱永官等综述植物叶际的生物固氮作用！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者托马斯

人口增长和全球气候变化给农业生产和全球粮食供应带来巨大压力。尽管化学氮肥在上个世纪为全球不断增长的人口提供了一种有效的粮食供应解决方案，但其生产消耗了农业总能源使用量的 50% 以上，并占全球温室气体排放量的2.4%。例如，一氧化二氮 (N2O) 是一种主要的温室气体，其全球变暖潜能值在100年内是二氧化碳的300倍。由于氮肥的使用增加，农业土壤约占全球人为 N2O排放量的 60%。农业系统也是大气氨 (NH3)的重要来源，占全球氨排放量的70%以上。此外，全球范围内硝酸盐对地下水体的污染与化肥的过量施用密切相关。例如，一项长期示踪研究表明，8-12%的同位素标记肥料N在施用于农业土壤30年后渗入地下水。因此，它们的广泛应用引起了对环境和人类健康风险的担忧。因此，环境可持续的替代品对于地球健康至关重要。其中之一可能是BNF（它占地球生物圈中固定的大气氮总量的60% 以上。BNF的范围从52 到130 Tg N yr-1，有可能在全球N可持续性方面发挥重要作用，从而弥补因化肥过度使用造成的环境退化。

2023年6月1日，国际权威学术期Trends in Plant Science发表了中科院生态环境研究中心朱永官院士，中国农业大学彭静静副教授，德国马普陆地微生物所Werner Liesack, 中科院上海植生所王二涛及其他多位研究人员合作的最新相关综述论文，题为Harnessing biological nitrogen fixation in plant leaves。

越来越多的人认识到生物固氮 (BNF) 在以最小的环境成本为不断增长的世界人口确保粮食生产方面的重要性。叶表是地球上最大的微生物栖息地之一，拥有多种自由生活的固氮菌。这些微生物栖息在附生和内生的叶际，对植物的氮供应和生长有重要贡献。本综述总结了植物叶际-BNF对全球氮循环的贡献，评估了植物宿主和生态系统中与叶片相关的固氮菌的多样性，说明了固氮菌对植物叶际的生态适应性，并确定了驱动BNF的环境因素。最后，讨论了潜在的 BNF 工程策略，以提高植物叶片对氮的吸收，从而提高可持续粮食生产。

BNF不仅在全球氮循环中发挥着重要作用，而且在减少对无机肥料的使用、促进植物生长和最大限度地降低环境成本方面具有巨大潜力。本综述批判性地评估了叶际-BNF对植物发育和健康的功能作用，提供了固氮菌多样性的概述，并提出了如何对固氮菌进行生态工程改造的潜在框架。特别是，保持低氧水平的能力和获取必需营养元素的能力对于叶际中固氮至关重要。植物选择效应和环境因素在塑造叶际相关固氮菌的多样性/组成及固氮活性方面起着至关重要的作用。然而，需要进一步探索环境变量和相关机制的相对贡献。尽管农业生态系统植物叶片中潜在固氮菌的多样性和丰度很容易表征，但要成功地将微生物策略应用于叶际固氮微生物组的靶向设计和管理，仍然存在巨大挑战。这些挑战包括描述植物叶际微生物群落的复杂性和动态特性、识别叶际内活跃的固氮菌、确定目标微生物群落定殖和生长所需的最佳环境条件，以及确保接种微生物群落随时间的稳定性。因此，迫切需要先进的方法来增强我们对植物叶际-BNF所涉及机制的理解。总之，增加对微生物和植物叶片之间复杂生态相互作用的了解将有助于更好地了解BNF，并有助于开发新技术和管理策略，以利用植物叶际中的生物N2固定。因此，最大限度地减少氮肥的使用并因此促进可持续的作物生产将是伴随的好处。

本文转载自Ad植物微生物

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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