Science评论：为什么玉米长得这么好?科学家认为土壤微生物起了作用

玉米和其他主要农作物的丰收依赖于一种被称为杂交活力的神秘现象。 当高度近交品种杂交时，它们的后代更高、更耐寒，并且结出更多的谷物。 现在，研究人员报告说，这种活力在某种程度上受到土壤中微生物的影响，可能是通过植物的免疫系统。

杂交玉米植物的某些活力归功于土壤微生物

“这是一个非常有趣的发现，”未参与这项研究的剑桥大学植物遗传学家吉尔斯·奥尔德罗伊德 (Giles Oldroyd) 说。 “我很惊讶直到现在才研究它。”

查尔斯达尔文是最早描述杂交活力的研究人员之一。 在 20 世纪初，生物学家开始通过创建产生杂交种子的近交亲本将这种效应应用于农业。 到 1940 年代，美国几乎每个农民都在种植杂交玉米，收成成倍增加。

遗传学家提出了几种关于杂种优势成因的理论，但没有明确的解释出现。

堪萨斯大学劳伦斯分校的植物遗传学家玛吉·瓦格纳 (Maggie Wagner) 和她的同事想知道是否可能涉及微生物。 微小的有机体可以对植物产生很大的影响。 例如，叶子和根部通常被有益细菌和真菌群落定植，它们有助于保护植物免受致病微生物的侵害。 一些作物，如大豆和其他豆类，宿主微生物为它们提供氮——一种必不可少的植物营养素，否则农民必须用化肥来提供氮。

去年，瓦格纳及其同事在实地研究中发现了一条有趣的线索。 他们发现杂交玉米的叶子和根部的微生物群落与生活在自交玉米品种上的微生物群落不同。

当冬天来临时，田地休耕时，瓦格纳试图通过实验室实验来复制这一发现。 研究人员将种子种植在经过消毒以杀死所有微生物的土壤状物质袋中。 然后，他们在一些袋子中添加了一个简单的土壤细菌群落——已知可以在玉米根上定植的七种菌株，而让其他袋子不育。 当微生物存在时，杂种比自交品种生长得更好，正如预期的那样，根重 20%。 然而，他们本月在《美国国家科学院院刊》上报告说，令他们惊讶的是，杂交和自交玉米植物在贫瘠土壤中的生长情况大致相同。 它们的根和芽的重量几乎没有区别。

当科学家们通过在一些消毒袋中添加从土壤中提取的全套微生物来重复实验时，这一发现得到了证实。 “结果看起来令人信服，”Oldroyd 说。

外卖？ “作为杂交种，植物与微生物的相互作用有所不同，”瓦格纳说。 根据一些结果，该团队认为微生物阻碍了近交系的生长，而不是给杂种带来了特殊的促进作用。

可能是近亲繁殖的免疫系统对良性微生物反应过度，影响了它们的生长。 （该实验不包括任何病原体。）或者，杂交植物可能能够更好地抵御土壤中的弱病原体。 “我们有很多工作计划跟进这个想法，”瓦格纳说。

Oldroyd 说，结果强调了植物育种者需要将作物的遗传与他们生活的微生物群落相匹配。 乌得勒支大学的植物生物学家 Corné Pieterse 补充说，这些发现让人们认识到了解土壤微生物在提高农业生产力和可持续性方面的作用的重要性。 “这很有希望。”

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