亚马逊流域不为人知的秘密：促进树木生长的土壤ADE

亚马逊流域不为人知的秘密：促进树木生长的土壤ADE巴西科学家分析了本地管理产生的典型土壤成分，目的是开发生物技术应用，更有效地恢复退化地区。图片来源：LuísFelipeZagatto/CENA-USP"亚马逊黑土（ADE）富含养分，支持微生物群落，有助于植物生长等。"位于巴西皮拉西卡巴的圣保罗大学农业核能中心（CENA-USP）的硕士研究生路易斯-费利佩-瓜达林-扎加托（LuísFelipeGuandalinZagatto）表示，他是这篇文章的作者之一。Cedrelafissilis的最终花瓶显示出不同土壤造成的生长差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto研究人员发现，ADE中的微生物群（细菌、古菌、真菌和其他微生物）对植物生长非常有益。在土壤中添加ADE能促进他们分析的三种树种的生长。与对照土壤相比，巴西雪松（Cedrelafissilis）和黄椿（Peltophorumdubium）的幼苗在含有20%ADE的土壤中长到正常高度的两倍到五倍，在含有100%ADE的土壤中长到正常高度的三倍到六倍。深裂号角树（Cecropiapachystachya）在对照土壤（不含ADE的土壤）中根本无法生长，但在100%ADE的土壤中却生长茂盛。在含有20%ADE的土壤中，禾本科牧草的干重比对照土壤增加了三倍多，而在100%ADE的土壤中则增加了八倍多。Peltophorumdubium的盆栽实验显示了不同土壤的生长差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。图片来源：LuísFelipeGuandalinZagatto"ADE中的细菌能将土壤中的某些分子转化为植物可以吸收的物质。"文章的第一作者安德森-桑托斯-德弗雷塔斯（AndersonSantosdeFreitas）说："打个不太恰当的比方，你可以说这些细菌就像微型'厨师'，它们将植物无法'消化'的物质转化为植物可以代谢获利的物质。"他是CENA-USP的博士生，也是播客BiotecemPauta的合著者。与对照土壤相比，ADE含有更多的养分：例如，磷含量是对照土壤的30倍，除锰以外，所测得的其他每种养分含量都是对照土壤的3到5倍。它的pH值也更高。Cecropiapachystachya的最终花瓶显示了不同土壤在生长方面的差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。图片来源：LuísFelipeGuandalinZagattoZagatto及其同事在亚马孙州的卡尔代朗试验田采集了ADE样本。对照土壤来自圣保罗州皮拉西卡巴市路易斯-德凯罗斯农学院（ESALQ-USP）的实验农田。他们在36个四升花盆中分别装入3千克（6.6磅）土壤，并将其放置在平均温度为34°C（93°F）的温室中，以应对全球变暖的影响，因为亚马逊地区目前的温度在22°C至28°C（72°F至82°F）之间。三分之一的花盆里装的是对照土壤，三分之一的花盆里装的是对照土壤和ADE4:1的混合物，还有三分之一的花盆里装的是100%的ADE。为了模拟牧场，他们在每个花盆里都种下了禾本科牧草（Urochloabrizantha）的种子，让它们发芽60天。然后，他们将草割掉，但留下草根，通过播种三种树木的种子来模拟恢复退化的牧场。该研究小组并不建议使用ADE，因为它是一种有限资源，而且受到很好的保护。他们研究的重点是分析ADE的化学特性（养分、有机物和pH值）以及酶活性和其他有利于植物的生物和生化方面。"我们需要了解究竟是哪些微生物产生了这些作用，以及如何在不需要ADE的情况下利用它们。然后，我们可以尝试通过生物技术开发等手段复制这些特性。这项研究是朝着这个方向迈出的第一步，"他说。森林砍伐是巴西面临的一个严重问题，而且不仅仅发生在亚马逊地区。原因有很多，例如牧场或耕地取代了森林。找到迅速恢复这些地区的方法越来越重要，这样森林才能重新生长，生态系统服务才能恢复，为环境和人类带来各种好处，包括气候和空气质量调节，以及土壤中的碳储存。扎加罗说："在这项研究中，我们的目的是评估热带森林生态恢复项目（更具体地说是亚马逊地区）可能的改进动力，以便将来这些地区能够尽可能地恢复到原始状态。我们相信这些结果很有希望，并表明在幼苗生产中甚至直接在田间利用ADE的特性可以成为加速热带森林生态恢复的一种方法。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392373.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392373.htm

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：VictorO.Leshyk插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（GiannaMarschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的EoinBrodie和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的JenniferPett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西-微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的40%以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中30-40%的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高--这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420579.htm

研究人员利用声音培育土壤真菌 可恢复受损的生态系统

研究人员利用声音培育土壤真菌可恢复受损的生态系统研究发现，植物将声音视为一种机械刺激，可以促进养分流动、促进生长和增强免疫系统。现在，南澳大利亚弗林德斯大学（FlindersUniversity）的一项新研究表明，土壤可能也是如此。研究人员调查了声刺激如何影响一种常驻土壤、促进植物生长的真菌，以及是否有可能利用声音来恢复受损的生态系统。"世界上超过75%的土壤已经退化，因此我们需要采取根本性措施来扭转这一趋势，并开始恢复生物多样性，"该研究的第一作者兼通讯作者杰克-罗宾逊（JakeRobinson）说。"这项研究让我们大吃一惊，与声波处于环境水平的对照组相比，一种常见的植物生长促进真菌的孢子细胞生物量的初始数量增加了近五倍"。研究人员首先将普通绿茶包和南非红茶包埋入地下，以促进真菌生物质（一种来自动植物的可再生有机材料）的生长。将茶包放置在隔音箱中，让它们暴露在8千赫的70分贝或90分贝单调声场中。实验开始时，所有茶包都看不到真菌生物量，但经过14天的声波刺激后，在70分贝和90分贝处理组中，绿茶包和红茶包以及每个茶包的内部和外部都明显出现了大量致密的真菌生物量。而在环境声低于30分贝的对照组茶包中，真菌生物量的可见度要低得多。研究人员随后在实验室环境中重复了这一实验，使用的培养皿中含有毛霉培养物。毛霉是一种有效的生物控制剂，能杀死多种土壤中的病原体，促进植物生长。20个培养皿在5天内受到频率为8千赫的80分贝单调声波刺激；20个培养皿没有受到任何刺激。到第五天，观察到声刺激对真菌生长、孢子生长和孢子密度有很大影响。在暴露于声音的培养皿中，孢子活动增加了约五倍。"我们实验室对恢复生态学的研究正在为改善原生植被的重新生长铺平道路，包括重新引入失去的物种，"该研究的共同作者马丁-布里德（MartinBreed）说。"我们对刺激土壤微生物活动潜力的研究利用了其他创新的可能性来帮助恢复自然。"重新植被后，土壤微生物需要几十年才能完全恢复。这项研究为加快这一过程提供了一种潜在的"生态声学"方法。还需要进一步研究声音对真菌生长的影响机制，并确定某些声音参数是否能针对特定的真菌种类。该研究的预印本可在bioRxiv上查阅。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415297.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415297.htm

试验发现种植玉米作物会促进土壤微生物的生长而提高小麦产量

试验发现种植玉米作物会促进土壤微生物的生长而提高小麦产量玉米植物在生长过程中，根部会释放出一种叫做苯并恶嗪的化学物质。这些化学物质沉积在土壤中，反过来又会影响有益细菌和真菌的生长。即使在植物收割后，这些微生物仍会留在土壤中。伯尔尼大学之前进行的研究显示，实验室测试表明，如果在以前种植玉米的土壤中种植小麦植物，它们的生长情况比对照植物更好。在马蒂亚斯-埃尔布（MatthiasErb）和克劳斯-施莱比（KlausSchläppi）教授的带领下，该大学的一个科学家小组最近开始研究在实际农业环境中是否会出现同样的效果。为此，他们在试验地里种植了两种玉米--一种是正常玉米，另一种则经过改良，不产生苯并恶嗪类物质。这些作物收获后，他们又在相同的地块上种植了三种冬小麦。在两年的时间里，人们发现，在增产苯并恶嗪的土壤中种植的小麦产量提高了4%。此外，这些小麦的虫害也较少。虽然还需要进行更多的研究，但希望这些发现最终能减少化肥和杀虫剂的使用。埃尔布说："4%的增产听起来可能并不惊人，但考虑到在不增加投入的情况下提高小麦产量已变得多么具有挑战性，这仍然具有重大意义。不过，由于产量还取决于许多其他因素，这种效果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"。最近发表在《eLife》杂志上的一篇论文介绍了这项研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376477.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376477.htm

地球的"活皮肤" - 生物土壤结皮受到气候变化的威胁

地球的"活皮肤"-生物土壤结皮受到气候变化的威胁共焦扫描激光显微镜拍摄的生物簇截面图。土壤颗粒呈现出深浅不一的灰色，而蓝藻丝束（荧光红色）则位于土壤颗粒之间。资料来源：宾夕法尼亚州立大学研究人员最近在《微生物学前沿》（FrontiersofMicrobiology）杂志上发表了他们的研究成果。研究小组负责人、宾夕法尼亚州立大学土壤与环境微生物学助理教授埃斯特尔-库拉多（EstelleCouradeau）说："生物簇目前覆盖了地球陆地表面约12%的面积，由于气候变化和土地使用的加剧，我们预计它们将在65年内减少约25%到40%。我们希望这项工作能为了解支持生物结壳抵御快速变化的气候模式和更频繁干旱的微生物功能铺平道路。"生物土壤板结是生物的集合体，在土壤中形成一个常年、组织良好的表层。它们分布广泛，遍布各大洲，只要缺水限制了普通植物的生长，让光照进入裸露的土壤，它们就会出现。但仍有足够的水支持微生物的生长，这些微生物提供宝贵的生态系统服务，如从空气中吸收碳和氮并将其固定在土壤中、循环利用养分以及将土壤颗粒固定在一起，从而有助于防止尘土飞扬。宾夕法尼亚州立大学研究生瑞安-特雷克斯勒（RyanTrexler）从野外采集生物菌核，然后带回实验室进行研究。图片来源：宾夕法尼亚州立大学Couradeau认为，这种土壤稳定功能非常重要，它能使土壤凝结成块，不会分解成灰尘，从而减少水土流失。她的研究小组现在宾夕法尼亚州立大学农业科学学院工作，十年来一直在深入研究生物簇。她说："大多数灰尘都是在旱地产生的，而研究表明，旱地中生物簇的存在大大减少了原本会进入大气层的灰尘量。我们认为，失去生物壳会导致全球尘埃排放量和沉积量增加5%到15%，这将影响气候、环境和人类健康。"在存在生物簇的半干旱地区，生物--微小的苔藓、地衣、绿藻、蓝藻、其他细菌和真菌--可能一年只经历几次雨雪天气，带头进行这项研究的生态学和生物地球化学跨学院研究生学位项目的博士候选人瑞安-特雷克斯勒解释说。他说："土壤干燥时，土壤中的微生物大多处于休眠状态，不会做什么。但是，一旦它们感知到水，就会在几秒到几分钟内迅速复苏。它们会积极制造叶绿素，固定碳和氮，直到土壤再次干燥--然后微生物再次休眠。每次下雨，它们都会经历活动周期。"犹他州摩押附近科罗拉多高原的景色，秋季降雨后，土壤湿润，足以激活微生物，因此在这里采集了生物簇样本。资料来源：宾夕法尼亚州立大学为了研究生物簇，研究人员从犹他州摩押附近科罗拉多高原上三块未受干扰、以蓝藻为主的生物簇中采集了样本。生物簇样本是在秋季降雨后采集的，雨水充分湿润了土壤，从而激活了微生物。样本随后被烘干并保存在黑暗中，然后在研究后期重新浸湿。特雷克斯勒说："我们取样的地方被称为'寒冷沙漠'，因为那里非常干旱，但冬天有时会下雪。因此，那里不像其他许多干旱地区那样炎热，但植物仍然无法在那里生长，因为没有足够的水。因此，我们在该地土壤中发现的唯一群落就是微生物。"为了确定哪些微生物活跃在土壤群落中，研究人员将生物正交非规范氨基酸标记（称为BONCAT）与荧光激活细胞分选相结合。BONCAT是在群落和整个生物体内追踪单细胞蛋白质合成的强大工具，而荧光激活细胞分拣则根据细胞是否正在产生新蛋白质对其进行分拣。研究人员将这些过程与霰弹枪元基因组测序结合起来，从而对生物簇样本中所有生物的所有基因进行了全面采样。他们利用这种方法，对生物簇群落中的活性和非活性微生物的多样性和潜在功能能力进行了剖析。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376789.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376789.htm

土壤的"生物指纹"可以准确提示隐藏在地底下的钻石

土壤的"生物指纹"可以准确提示隐藏在地底下的钻石DNA测序方法也有助于识别对向绿色能源过渡至关重要的矿物。研究人员通过检测地表土壤中微生物的DNA，确定了埋藏在地下的金伯利岩--钻石的岩石家园。这些"生物指纹"可以揭示埋藏在地表数十米以下的矿物，而无需钻探。研究人员认为，这是首次利用现代微生物群落DNA测序技术来寻找埋藏的矿物。本周发表在《自然-通讯-地球与环境》（NatureCommunicationsEarthandEnvironment）上的这项研究是矿产勘探的一种新工具，一个完整的工具箱可以为勘探者节省时间和大量资金，合著者、卑诗大学地球、海洋与大气科学系（EOAS）博士候选人BiancaIulianellaPhillips（比安卡-尤利亚纳拉-菲利普斯）说。这项技术是对数量相对有限的有助于发现埋藏矿石的工具的补充，包括对地面的初步扫描和对上覆岩石中元素的分析。Phillips说："这项技术的诞生源于以更高的灵敏度和分辨率透视地球的需要，它有可能被用于其他技术无法发挥作用的地方。"矿石与土壤发生作用时，会改变土壤中的微生物群落。研究人员在实验室中对此进行了测试，将金伯利岩引入土壤微生物中，观察它们在数量和种类上的变化。"我们将这些发生变化的微生物群落作为矿石材料存在的指标，或者说是埋藏矿床的土壤中的生物指纹。"实际测试和可喜成果利用这些"指示"微生物及其DNA序列，研究小组对西北地区一个勘探点的表层土壤进行了测试，该勘探点的金伯利岩之前已通过钻探得到证实。他们发现，65种指示微生物中有59种存在于土壤中，其中19种大量存在于埋藏矿石的正上方。他们还发现了新的指示微生物，并将其添加到他们的指标集中。利用这套指标，他们对西北地区第二个怀疑存在金伯利岩的地点的地表土壤进行了检测，并精确地确定了金伯利岩的地形轮廓和埋藏在地表下数十米处的位置。这表明，一个地点的指标可以预测另一个地点的位置。今后，勘探小组可以建立指示物种数据库，并对未知地点进行测试，以查明土壤下是否埋藏着金伯利岩。研究人员将他们的技术与另一种称为地球化学分析的技术进行了对比评估，后者是通过检测土壤中的元素来确定土壤下的矿物质。在确定埋藏矿石的位置方面，微生物更加精确。第一作者雷切尔-西米斯特博士说："微生物是比我们更好的地球化学家，而且它们有成千上万种。可能会用完要采样的元素，但永远不会用完微生物。"拓宽视野和商业前景菲利普斯、西米斯特博士、肖恩-克劳博士和已故的彼得-温特伯恩教授等人组成的团队研究出的这项技术可以促进新金伯利岩矿床的发现。众所周知，这些岩石不仅是钻石的潜在储藏地，而且还能捕捉和储存大气中的碳。这项技术还有可能应用于其他金属矿床。该团队正在进行的研究显示，在识别斑岩铜矿床方面也取得了类似的成果。该研究的资深作者、EOAS和M&I教授、加拿大地球微生物学研究主席克罗博士说："我们可以利用这项技术寻找矿物，为绿色经济提供燃料。铜是最重要的关键元素，未来我们需要更多的铜。"Crowe博士与Simister博士和合著者CraigHart博士共同拥有一家衍生公司DiscoveryGenomics，该公司为矿产资源部门提供这些测序服务。Crowe说："这是令人兴奋的，因为人们越来越认识到，在采矿的各个阶段，从寻找矿物到加工矿物，再到将矿区恢复到自然状态，都有可能利用微生物。目前，微生物DNA测序需要特定的专业知识，成本与其他矿产勘探技术相当，但随着行业的采用，这种情况可能会改变。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393503.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393503.htm