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在我们的身体上,寄生着数以万亿计的细菌,比全身的细胞数量还多10到100倍。这些细菌生活在我们体内,与我们形成牢固的共生关系,比如分解食物、合成人体必需的维生素以及抵御其它病原微生物的入侵等等。有时候,甚至我们的喜怒哀乐都间接地受到它们的影响。譬如,倘若人体代谢紊乱,有些细菌就会制造出硫化氢、氨等对神经有毒害作用的气体来毒害我们的神经,从而使我们情绪烦躁。从一定程度上说,我们体内寄生菌的“生活质量”,通过微妙的方式影响了每个人的个性。
现在,科学家又进一步发现,寄生菌也一样能影响植物的“个性”,而且影响之大,超乎我们的想像。科学家甚至不用改变植物的基因,单改变寄生在植物根部由真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落,就能让植物的“个性”发生很大的变化。
植物离不开寄生微生物
土壤历来是地球上微生物生存和繁衍的乐土。在每一株植物的根部,都寄居着由大量真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落。这些微生物的类别虽然因植物以及土壤环境的不同而各异,但它们的作用则一样,即都通过与植物交换养分达到共生的目的:既供养繁殖自己,又帮助植物从土壤中摄取氮肥等养分。
此外,这些微生物还授予某些植物在恶劣环境下生存的“独门秘笈”。像生长在高寒地区、炎热干旱的沙漠地带以及盐碱地里的植物,倘若离开微生物的帮助,就很难存活。
譬如,在美国黄石公园地热喷泉附近70℃的高温环境中,生长着一种叫绵毛黍的野草。2002年美国华盛顿大学的植物学家鲁索·罗德利兹通过给其种子杀菌,除去一种内生真菌(这种真菌寄居在长大后的植株内)之后,结果发现,这种野草在高温环境中不能再生长了。
为什么微生物能够帮助植物在恶劣的环境下生存呢?这一点人们至今还没有搞清楚,可能与微生物激发了植物自身的潜力有关。拿绵毛黍来说,罗德利兹认为,其实它自身就带有耐高温的基因,但这个基因要通过内生真菌才能表达出来,就好比一个人的才能需要在合适的条件下才能发挥出来一样。某些寄生微生物的作用就是为一些特殊基因的表达创造条件。
当然,这一观点是否正确,还有待检验。
使农作物耐旱、耐寒
或耐盐
但寄生微生物能改变植物的“个性”这一点现在是没有什么异议的了。
2003年,罗德利兹和他的同事从绵毛黍的内生真菌中分离出孢子,并把它们喷洒在小麦种子上。本来这种小麦只能在低于38℃的条件下生长,但喷过孢子之后,竟然也能够在70℃的环境中生长了,而且需水量减少了近50%。
他们还分别从一种叫滨麦的嗜盐植物和一种野草莓中提取出内生真菌,这种野草莓生长在常年气温为5℃的高寒地区,然后把其孢子分别喷洒在稻类作物上,结果,稻类作物变得更能耐盐或耐寒了,从两种植物中提取的真菌孢子,都使稻类作物的需水量减少了近一半。
难能可贵的是,这种措施有着立竿见影的效果:喷洒过内生真菌孢子的种子,在喷洒过后的24小时内,比起未喷洒的种子,长出的根须要多且长。
这个发现为提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领提供了一个广阔的应用前景。如果考虑到随着全球气候变暖,未来世界各地旱灾必将更为频仍,而随着海平面上升,很多沿海的良田又将沦为盐碱度高的滩涂,那么这项技术的前景还更为诱人。
如今,罗德利兹开办了一个公司,专门生产用一些寄生细菌或真菌的孢子喷洒过的作物种子。通过田头实验,初步的结果表明,在一些干旱地带,用他们公司出售的种子播种的玉米,比普通的玉米增产近35%。而美国新墨西哥州立大学的两位生物学家,把内生真菌和细菌从一种耐旱的沙漠植物根部移植到西红柿、辣椒和牛吃的草上之后,发现三种作物的产量都有所提高。
比转基因还有效
过去,当我们提到提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领的时候,往往最先想到的是转基因技术,即给农作物的DNA上拼接上一个耐旱、耐寒或耐盐的基因,这样长出的农作物就具有了此项本领。
但转基因作物目前面临着这么几个障碍:一,许多公众对转基因缺乏了解,对转基因食品抵触甚大;二,转基因作物的研制本身投入大,过程漫长;三,很多转基因作物的生长状况有赖于气候,在某个气候下生长良好,变了一个气候,可能就生长很糟。
而对于通过改变寄生菌来改变植物“个性”的办法来说,这三个障碍全都不存在:用这种办法处理过的植物,是完全无毒的(餐桌上的转基因食品当然也是无毒的,但田头试验中的转基因作物却不能保证无毒);这种办法有着立竿见影的效果;此外,因为寄生菌的进化速度比植物基因快得多,寄生菌对气候的适应性很强,所以气候变化对它所寄生的植物的影响并不显著,譬如气温在40℃下生长良好的植物,在50℃下一般也能生长良好。
当然,这项工作刚处于起步阶段,有很多问题有待搞清。譬如有科学家提出:与其只提取单一种类的寄生真菌或细菌,把耐旱植物根部的所有寄生微生物群落都移植到农作物上,会不会更加有效?因为不同微生物之间的合作或许跟微生物和植物之间的合作同样重要。罗德利兹本人也在研究另一个问题:各大洲土壤中赋予某些植物生存“绝技”的微生物群落是否一样?譬如,同样是在沙漠地带生长的沙丘草,非洲撒哈拉沙漠上的沙丘草与美国犹他州沙漠上的沙丘草,其根部的微生物群落是否相同?如果不同,那就没必要把美洲土壤中的微生物群落移植到非洲的农作物上去了。
现在,科学家又进一步发现,寄生菌也一样能影响植物的“个性”,而且影响之大,超乎我们的想像。科学家甚至不用改变植物的基因,单改变寄生在植物根部由真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落,就能让植物的“个性”发生很大的变化。
植物离不开寄生微生物
土壤历来是地球上微生物生存和繁衍的乐土。在每一株植物的根部,都寄居着由大量真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落。这些微生物的类别虽然因植物以及土壤环境的不同而各异,但它们的作用则一样,即都通过与植物交换养分达到共生的目的:既供养繁殖自己,又帮助植物从土壤中摄取氮肥等养分。
此外,这些微生物还授予某些植物在恶劣环境下生存的“独门秘笈”。像生长在高寒地区、炎热干旱的沙漠地带以及盐碱地里的植物,倘若离开微生物的帮助,就很难存活。
譬如,在美国黄石公园地热喷泉附近70℃的高温环境中,生长着一种叫绵毛黍的野草。2002年美国华盛顿大学的植物学家鲁索·罗德利兹通过给其种子杀菌,除去一种内生真菌(这种真菌寄居在长大后的植株内)之后,结果发现,这种野草在高温环境中不能再生长了。
为什么微生物能够帮助植物在恶劣的环境下生存呢?这一点人们至今还没有搞清楚,可能与微生物激发了植物自身的潜力有关。拿绵毛黍来说,罗德利兹认为,其实它自身就带有耐高温的基因,但这个基因要通过内生真菌才能表达出来,就好比一个人的才能需要在合适的条件下才能发挥出来一样。某些寄生微生物的作用就是为一些特殊基因的表达创造条件。
当然,这一观点是否正确,还有待检验。
使农作物耐旱、耐寒
或耐盐
但寄生微生物能改变植物的“个性”这一点现在是没有什么异议的了。
2003年,罗德利兹和他的同事从绵毛黍的内生真菌中分离出孢子,并把它们喷洒在小麦种子上。本来这种小麦只能在低于38℃的条件下生长,但喷过孢子之后,竟然也能够在70℃的环境中生长了,而且需水量减少了近50%。
他们还分别从一种叫滨麦的嗜盐植物和一种野草莓中提取出内生真菌,这种野草莓生长在常年气温为5℃的高寒地区,然后把其孢子分别喷洒在稻类作物上,结果,稻类作物变得更能耐盐或耐寒了,从两种植物中提取的真菌孢子,都使稻类作物的需水量减少了近一半。
难能可贵的是,这种措施有着立竿见影的效果:喷洒过内生真菌孢子的种子,在喷洒过后的24小时内,比起未喷洒的种子,长出的根须要多且长。
这个发现为提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领提供了一个广阔的应用前景。如果考虑到随着全球气候变暖,未来世界各地旱灾必将更为频仍,而随着海平面上升,很多沿海的良田又将沦为盐碱度高的滩涂,那么这项技术的前景还更为诱人。
如今,罗德利兹开办了一个公司,专门生产用一些寄生细菌或真菌的孢子喷洒过的作物种子。通过田头实验,初步的结果表明,在一些干旱地带,用他们公司出售的种子播种的玉米,比普通的玉米增产近35%。而美国新墨西哥州立大学的两位生物学家,把内生真菌和细菌从一种耐旱的沙漠植物根部移植到西红柿、辣椒和牛吃的草上之后,发现三种作物的产量都有所提高。
比转基因还有效
过去,当我们提到提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领的时候,往往最先想到的是转基因技术,即给农作物的DNA上拼接上一个耐旱、耐寒或耐盐的基因,这样长出的农作物就具有了此项本领。
但转基因作物目前面临着这么几个障碍:一,许多公众对转基因缺乏了解,对转基因食品抵触甚大;二,转基因作物的研制本身投入大,过程漫长;三,很多转基因作物的生长状况有赖于气候,在某个气候下生长良好,变了一个气候,可能就生长很糟。
而对于通过改变寄生菌来改变植物“个性”的办法来说,这三个障碍全都不存在:用这种办法处理过的植物,是完全无毒的(餐桌上的转基因食品当然也是无毒的,但田头试验中的转基因作物却不能保证无毒);这种办法有着立竿见影的效果;此外,因为寄生菌的进化速度比植物基因快得多,寄生菌对气候的适应性很强,所以气候变化对它所寄生的植物的影响并不显著,譬如气温在40℃下生长良好的植物,在50℃下一般也能生长良好。
当然,这项工作刚处于起步阶段,有很多问题有待搞清。譬如有科学家提出:与其只提取单一种类的寄生真菌或细菌,把耐旱植物根部的所有寄生微生物群落都移植到农作物上,会不会更加有效?因为不同微生物之间的合作或许跟微生物和植物之间的合作同样重要。罗德利兹本人也在研究另一个问题:各大洲土壤中赋予某些植物生存“绝技”的微生物群落是否一样?譬如,同样是在沙漠地带生长的沙丘草,非洲撒哈拉沙漠上的沙丘草与美国犹他州沙漠上的沙丘草,其根部的微生物群落是否相同?如果不同,那就没必要把美洲土壤中的微生物群落移植到非洲的农作物上去了。