eLife | 研究揭示玉米根系分泌物通过土壤微生物影响小麦产量的机制！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者周小马

玉米根部分泌的某些化学物质会影响土壤质量。在一些田地里，这种作用会使同一土壤中玉米后种植的小麦产量提高 4% 以上。伯尔尼大学的研究人员证明了这一点。虽然几项田间试验的结果表明，这些效应的变化很大，但从长远来看，它们可能有助于提高谷物种植的可持续性，而不需要额外的化肥或杀虫剂。

植物会产生大量的特殊化学物质。其中一些释放到土壤中，影响土壤质量。这反过来又会影响下一株在土壤中生长的植物。迄今为止，关于排出的化学物质在多大程度上可用于农业以提高生产率的研究还很少。不过，瑞士伯尔尼大学植物科学研究所（IPS）的Matthias Erb和Klaus Schlaeppi团队最近在这方面进行了实地实验。研究人员在国际权威学术期刊《eLife》上发表了他们题为Plant secondary metabolite-dependent plant-soil feedbacks can improve crop yield in the field的研究成果，证明在农业实际条件下，玉米植物根部的特殊代谢物可以提高随后种植的小麦产量。

玉米根部化学物质如何影响小麦

伯尔尼大学植物科学研究所（IPS）的研究人员在早期研究的基础上了解到，所谓的苯并恶唑嗪酮类物质（玉米植物通过根部释放的天然化学物质）会改变根部土壤中微生物的组成，从而影响随后在土壤中生长的植物的生长。本研究调查了在现实农业条件下是否也会出现这种植物-土壤反馈。这种田间试验对于检验基础研究是否能转化为实践，从而评估潜在的农艺效益至关重要。在为期两年的田间试验中，最初种植了两个玉米株系，其中只有一个株系会向土壤中释放苯并恶唑嗪酮类物质。然后在不同条件的土壤上种植了三个品种的冬小麦。在此基础上，可以证明苯并恶唑嗪酮类物质的分泌可以提高发芽率，增加分蘖、生长和作物产量。

虫害减少，质量不变

除了收成增加外，一些害虫的侵扰程度也有所降低。不过，由于产量还取决于许多其他因素，这种效应是否真的会对整体农业生产率和可持续性产生重大影响还有待观察。这项研究表明，利用专门的植物化合物，通过特定品种的轮作提高作物产量是有潜力的。通过与伯尔尼大学地理研究所和瑞士卓越农业研究中心 Agroscope 的合作，可以证明苯并恶唑嗪酮类物质导致的收成增加不会对小麦品质产生任何负面影响。

植物化学物质在土壤中持久存在

为了更好地了解潜在的机理，研究人员完成了对土壤和根系的各种分析。产生苯并恶唑嗪酮类化合物的植物在其根部附近的土壤中积累了这些化学物质及其降解产物。此外，研究人员还与巴塞尔大学合作，证实苯并恶唑嗪酮类物质会影响玉米根部的细菌和真菌群落。不过，土壤养分并没有改变。事实还证明，苯并恶唑嗪酮类物质在土壤中的持久性特别强。苯并恶唑嗪酮类物质通过土壤微生物直接或间接影响小麦生长和总产量的程度有待进一步研究。

土壤特性很重要

为了测试土壤特性的影响，研究小组与巴塞尔大学和 Agroscope 合作，进行了另一项为期两年的田间试验，以研究苯并恶唑嗪酮类物质对植物和土壤的反馈作用如何在一个更加不均匀的田间发生作用。试验田中的土壤化学成分和微生物种类差异很大。研究人员成功地证明，苯并恶唑嗪酮类物质对小麦生长和抗性的影响取决于这种不同的成分。更好地了解土壤特性对植物-土壤反馈的影响，对于未来在可持续农业中的应用至关重要。

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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