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：Victor O. 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（Gianna Marschmann）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 Eoin Brodie 和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Jennifer Pett-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： 手机版：

独特的蕨类植物利用枯死的"僵尸叶"从土壤中吸取养分

独特的蕨类植物利用枯死的"僵尸叶"从土壤中吸取养分 植物生物学教授詹姆斯-达林（James Dalling）及其同事发现，一些树蕨类植物会将枯死的叶片循环利用，变成根系当植物的叶片死亡、枯萎并垂落到地面时，这些叶片的末端会长出细小的根须，将它们与土壤连接起来。随后的实验室测试表明，当这种情况发生时，植物会逆转这些叶片中的水流，利用它们从土壤中汲取氮气。描绘树蕨的枯叶（棕色）如何变成根的插图那么，为什么其他植物不采用这种做法呢？桫椤每年的生长速度不过几厘米，而且该地区土壤中的养分分布不均，所以这种植物必须让自己的生长真正发挥作用。因此，桫椤并没有把精力投入到生长特殊的、寻求养分的、可能永远无法到达肥沃土壤的根系结构上，而是循环利用已经长出的叶片来进行光合作用。这种植物通过重新配置自身的死亡组织来养活自己的安排以前从未有过记载。达林认为，其他科学家之前之所以没有注意到桫椤的这一现象，只是因为叶片看起来就像腐烂的植物物质。研究人员说："这是一种真正新颖的组织再利用。它与我们所知的其他蕨类植物的做法截然不同。"最近发表在《生态学》杂志上的一篇论文介绍了这项研究。更多信息请观看以下视频。 ... PC版： 手机版：

商业土壤、堆肥和花球中发现致命真菌 严重威胁公众健康

商业土壤、堆肥和花球中发现致命真菌 严重威胁公众健康 由于烟曲霉对免疫力低下的人具有潜在的致命性，世界卫生组织已将烟曲霉确定为一种严重的公共卫生威胁。佐治亚大学最近的一项研究表明，您从五金店带回家的土壤和堆肥可能隐藏着危险。研究人员在商用土壤产品和花球中发现了大量耐多药真菌。烟曲霉是一种常见于土壤中的真菌，吸入后会对人体健康造成特别大的危害。对于免疫系统较弱的人来说，这种风险尤其严重，如果感染了具有多重抗药性的真菌菌株，死亡率可能接近 100%。"这项研究的主要作者、加大农业与环境科学学院教授马林-布鲁尔（Marin Brewer）说："人们并不认为郁金香是致命的，但它们可能是致命的。园艺是一种很好的缓解压力的爱好，但我为那些可能没有意识到使用堆肥和花球可能会对健康造成危害的人感到紧张。"这些人包括慢性阻塞性肺病（又称 COPD）患者、囊性纤维化患者、2 型糖尿病患者、艾滋病毒/艾滋病患者甚至COVID-19 患者。癌症患者和任何服用免疫抑制剂的人也容易受到感染。研究表明，现在有更多的人面临真菌感染的风险。世界卫生组织最近将烟烟曲霉列为全球面临的最严重真菌威胁之一。全世界每年有 200 多万人感染烟曲霉。烟曲霉病是由真菌引起的疾病，是导致免疫力低下患者死亡的最常见原因之一。根据最近的一项研究，每10名侵袭性烟曲霉病患者中就有8人死亡。尽管这种真菌并不常见，但它甚至会对免疫系统健康的人构成威胁。这种真菌被称为曲霉瘤，会在肺部形成一个菌块。一些健康人可能会自行清除感染，症状极轻甚至没有症状，而其他曲霉瘤患者则需要服用抗真菌药物或进行手术，以阻止感染扩散。问题在于，人类患者的治疗方法与农业环境中使用的抗真菌机制相同。而且这些疗法的效果越来越差。从2019年到2021年，研究人员对包括堆肥、土壤、花球和大卖场销售的各种食品在内的产品进行了采样。研究在这些产品中发现了 500 多种烟烟曲霉株，其中包括各种不同品牌的产品。在 525 个样本中，90% 在花球、土壤、堆肥和花生中被发现。大多数抗药性真菌菌株都是在土壤、用粪肥制成的堆肥和球茎花卉（包括水仙、大丽花、剑兰和郁金香）中发现的。"我们在 1 克堆肥中就发现了数十种抗性真菌菌株，"布鲁尔说。"根据我们的发现，一袋堆肥中可能有数以万计的潜在抗性菌株"。人们通过吸入烟曲霉孢子而感染烟曲霉。研究人员强烈建议免疫系统受损的人在园艺时采取预防措施，并与医生讨论潜在风险。热爱园艺的人也可以佩戴 N-95 口罩来提供一些保护。农业部门正在努力解决这个问题，但布鲁尔说，在此期间，她个人不会再种植花球。她可能也不会再使用商业堆肥了。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

月球土壤中首次种出鹰嘴豆 多亏了一款改良剂

月球土壤中首次种出鹰嘴豆 多亏了一款改良剂 为了解决这些挑战，研究团队开发了一种土壤改良剂，通过土壤真菌和蚯蚓粪便之间的相互作用，创造出了肥沃的月尘。这些改良剂有助于隔离有毒污染物，并提高植物对压力和毒素的耐受性。选择鹰嘴豆作为研究对象的原因之一是，它是极好的蛋白质来源，同时相对于其他食物作物，其水和氮的需求更少。通过这项新技术，研究团队成功地在高达75%的月球岩屑模拟物中种植了鹰嘴豆，尽管有叶绿素缺乏的迹象，但仍能开花。不过，研究团队还没有解决低重力或高辐射的影响，但中国嫦娥四号在月球表面的土壤中种植植物的数据表明，月球重力甚至可能有助于植物生长。未来，人类在进行月球开发时，鹰嘴豆也有望会被当做食物来源之一。 ... PC版： 手机版：

科学家揭示变暖世界中树木与真菌之间的隐秘斗争

科学家揭示变暖世界中树木与真菌之间的隐秘斗争 巴塔哥尼亚森林地面上的一种外生菌根蘑菇。图片来源：SPUN/Mateo Barrenengoa现在，科学家们发现，造成这种滞后的原因可能就在地下。今天（5 月 27 日）发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究表明，树木，尤其是遥远的北方地区的树木，可能正在迁移到没有真菌生命支持的土壤中。科西嘉岛上生长的一棵巨型松树，那里的气候变化影响极为严重。图片来源：SPUN/Quentin van den Bossche菌根真菌是一种生长在土壤中的丝状微小真菌，能与植物根系连接，为植物提供重要的养分以交换碳。北纬地区的大多数大型针叶树都与一种叫做外生菌根真菌的菌根真菌建立了关系。第一作者、地下网络保护协会（SPUN）真菌生态学家迈克尔-范-努兰德（Michael Van Nuland）说："在研究这些共生关系的未来时，我们发现，树木与真菌之间35%的伙伴关系会受到气候变化的负面影响。"菌根蘑菇 Cortinarius spp.图片来源：SPUN/Mateo Barrenengoa作者发现，在北美，最容易受到这种气候错配影响的树木是松科的树木。特别值得关注的地区是物种分布区的边缘，那里的树木往往面临着最恶劣的条件。在这里，作者发现，在这些地方存活率较高的树木拥有更多样化的菌根真菌，这表明这些共生关系可能对帮助树木抵御气候变化的影响至关重要。"外生菌根真菌与气候的关系不同于外生菌根树木，"合著者、SPUN数据科学家克拉拉-秦（Clara Qin）说。"我们发现的证据表明，树木必须对这些差异做出回答。"意大利亚平宁山脉的外生菌根森林。SPUN/Seth Carnill这项研究揭示了气候变化可能对共生生物产生的影响。秦说："虽然我们预计气候驱动的迁徙会受到非生物因素的限制，比如高纬度和高海拔地区的可用空间，但我们通常不会考虑生物因素的限制，比如共生伙伴的可用性。"Van Nuland 说："我们必须继续努力了解气候变化如何影响菌根共生关系，这一点绝对至关重要。这些关系是地球上所有生命的基础我们必须了解并保护它们。这一行动呼吁强调了研究和保护这些基本生态互动关系的重要性。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式，其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记，如特定的化合物和结构。然而，生命起源于地球的时间和地点，以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间，至今仍不清楚。证据很少，而且常常存在争议。 PC版： 手机版：