近日，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所植物營養團隊發現了定殖于玉米莖木質部傷流液內、具有固氮能力且高度保守的核心細菌微生物組，研究結果表明，該微生物組為玉米提供氮素營養并促進根系生長。
圖片說明：玉米木質部內生菌的定殖特征（中國農科院供圖）
與人類微生物組類似，植物微生物組被稱為植物的第二個基因組，對植物生長發育、養分吸收、病蟲害抵御等至關重要。國外研究發現，墨西哥哈瓦卡地區貧瘠土壤中生長的玉米，它的氣生根粘液富含固氮菌，這些固氮菌從空氣中捕捉到的氮能為玉米提供29-82%氮營養。近年來，大量研究開始關注植物微生物組群的功能與結構，但主要關注植物根際、葉際等關鍵界面，忽視了植物的其他部位。
據介紹，該研究通過評估不同土壤類型、氣候區和基因型的玉米微生物組的組裝機制和功能，發現玉米莖木質部選擇性地招募了以γ‐變形菌綱為主的高度保守的核心微生物群落，鑒定了25個核心細菌分類群，其中含有部分高效固氮和協助固氮菌。
在此基礎上，該研究建立了由兩個核心固氮菌和兩個輔助菌組成的合成群落，GFP標記菌株和15 N同位素稀釋方法證實了合成群落在植物體內的固氮能力，他們通過在玉米莖中生物固氮貢獻了11.8%的總氮。有趣的是，合成群落還增加了根系生物量，表明核心內生菌與宿主之間存在多機制的協同作用。植物莖木質部傷流液微生物組代表了一類被忽視的重要植物“腸道”功能菌，在作物固氮促生方面發揮著重要作用。
相關研究成果發表在《自然通訊(Nature Communications)》上，該研究得到中國科協青年托舉計劃、中國農業科學院科技創新工程等項目資助。
