土壤微生物如何幫助植物抵抗疾病
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2020-06-05
雖然植物在疾病爆發期間無法自我隔離，但有益的土壤微生物可以幫助植物抵禦多種疾病。現今，德克薩斯農工大學AgriLife科學家發現了真菌如何幫助玉米防禦病原體。此項研究的資金來自於美國農業部國家糧食和農業研究所資助，並由農業與生命科學院植物病理學和微生物學教授—Michael Kolomiets主持，其成果發表於《植物細胞》期刊中。
Kolomiets表示植物的選育技術已大大的改善世界各地作物產量、抗逆性和抗病能力，然而，如今僅靠基因篩選無法充分提高作物生產力。經由研究發現土壤微生物以驚人的方式影響植物生長，為整株植物提供了一種特殊的疾病防護方式，如當植物抵抗疾病時，其會延緩生長速度，若有益的微生物存在於植物根部時，植物可抵禦有害生物，同時保有正常生長能力。這樣的作用原理主要是土壤微生物會使植物產生誘導性系統抗性，從而增強免疫力以保護植物免受多種病原體的侵害。目前研究人員認為這樣的重要策略可幫助人們從土壤中的微生物獲得益處，因此將其稱為「棕色革命」。
研究過程中，當研究人員設計了一種對病原體有抗性的農作物時，其通常需要為特定病原體鑑定出抗性基因。此外，研究人員發現微生物對植物的防禦與一種叫做茉莉酸的植物賀爾蒙有關，但仍然不能完全歸因於此，其原因是當植物感知到壓力時，在很短時間內增強賀爾蒙防禦外敵，但也會導致植物緩慢生長。為了了解真菌存在於玉米根部的與否會產生何種結果，因此研究小組收集了含有木黴屬真菌的玉米根部汁液，並將該汁液注入不含木黴屬真菌的玉米中。此外，研究小組也將含有木黴屬真菌的汁液注入其他兩種玉米，研究發現即使沒有注入該汁液，第一種玉米的免疫力本來就較強，而第二種玉米則被削弱了免疫力。最後，研究小組再將含有兩種不同突變體木黴屬真菌的玉米汁液重覆該實驗，結果發現其中一種突變體可誘導免疫力的增加且其高於野生型前驅細胞。根據所有情況下的推導，研究人員指出從具有較強免疫力的植株提取汁液，並將其注入正常或是較為衰弱的植株會增強其抗病性，該現象如同疫苗一般，反之，若以免疫力較弱的植株所提取的汁液來注入具較強免疫力的植株，其也會弱化該植株免疫力。接著，研究人員分析植物體內的代謝產物，與木黴屬真菌作用有關的化合物有兩種，其中一種為12-oxo-phytodienoic acid (12-OPDA)，該化合物是產生茉莉酸的前驅物質，但其可能不會抑制植物生長。此外，分析結果指出木黴屬真菌會發出化學信號鼓勵植物產生12-OPDA，並阻止植物用盡12-OPDA來製造茉莉酸。【延伸閱讀】耐砷木黴菌可減緩土壤中的砷對鷹嘴豆植株之影響
因此，欲創建較高抗性的植株，尋找相關的中間產物也是極為重要。該項研究因了解微生物與植物間的協同作用，揭開了植物免疫力的神秘面紗，其對於改善植物健康與生產力具有很大的潛力。總體而言，研究團隊未來的目標是能夠找出比目前使用的菌株更有益的天然變種木黴屬真菌，並鑑定出可和該微生物有良好協同作用的玉米品種，期望將微生物與玉米品種做出最佳配對，從而使田間玉米更健康，並於未來應用於生產更多穀物作物。
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