PNAS | 美国堪萨斯大学研究揭示土壤微生物增强玉米杂交系生长活力!

生活在土壤中的微生物对生长在该土壤中的作物产量和抗病虫害能力的影响可能比以前所知的要大（Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康；Cell Host & Microbe | 重磅！Schulze-Lefert团队揭示根系分泌香豆素与微生物互作改善植物铁营养！Nature Microbiology | 根际微生物组保护植物免受病原菌侵染！Nature Plants | 西南大学研究揭示植物黄酮富集根际微生物以促进缺氮条件下的玉米生长 ！ISME | 最新研究揭示根际保护性微生物的富集有利于抑制番茄枯萎病！Current Biology | 新观点：根际微生物通过关键代谢物塑造群落的时空发展与农业生产力）。

2021年7月21日，国际权威学术期刊PNAS发表了美国堪萨斯大学Manuel Kleiner团队的最新相关研究成果，题为Microbe-dependent heterosis in maize的研究论文。该研究表明，土壤中的微生物--像病毒、细菌和真菌这样的微小生物在杂交现象或"杂交活力"中发挥着作用，即杂交植物系或杂交品种比近交植物系的性能更优越（ISME | 美国伊利诺伊大学研究还原玉米改良历史中根际微生物的改变过程！玉米及其根际微生物的进化史）。杂交种因其优越的作物产量而经常被农民用于农业生产。

对杂交种活力的研究通常强调该现象背后的遗传和非生物环境因素的作用。因此，发现生物性土壤环境对杂交的影响有点令人惊讶和偶然的感觉。这项工作使我们对驱动异质性的因素有了更好的理解。除了温度和土壤类型，微生物是对玉米造成影响的关键角色。

研究人员在北卡罗来纳州和堪萨斯州的实验室和田间试验中用两种近交系玉米植物和这两个品系的杂交种进行了实验。研究人员首先在无菌袋中种植杂交和近交玉米植物；两种类型的植物在袋中生长出相似大小的幼苗。但是，研究人员在袋子里加入一组受控的微生物，这些微生物在自然界中与玉米根系紧密相关，结果发现杂交系比近交系生长得更好--它们的根和茎的重量更大--显示出预期的异质性影响。这似乎是微生物对近交系的负面作用的结果，而不是对杂交种的帮助作用。

在北卡罗来纳州的田间试验中也观察到了类似的微生物异质性增强活动，在这些试验中，杂交种和近交系被种植在未经处理的土壤、用抗菌化学品处理的土壤，以及用抗菌化学品和超热蒸汽消毒方法处理的土壤中。令人惊讶的是，当在堪萨斯州进行类似的实验时，观察到了相反的效果--减少土壤中的微生物种群的处理方法导致异质性增加。微生物将对异质性产生影响，但无法预测这些影响的方向。微生物正在以不同的方式影响玉米的近交系和杂交系，但这些影响可能取决于环境或土壤中的特定微生物。研究人员计划继续研究微生物对玉米异质性的影响。

图 1. 在实验 1 中，玉米在接种有PBS 的煅烧粘土中生长，细菌处理或无细菌不处理

图 2. 在实验 2 中，玉米在接种了无菌PBS的煅烧粘土、PBS 中的土壤或相同土壤的高压灭菌（灭活）等分试样中生长

图 3. 在实验 3 中，在北卡罗来纳州的田地中种植玉米，种子种植在未经处理的土壤中，用氯化熏蒸过的土壤，或用 AITC 过的土壤

图 4. 在实验 4 中，在堪萨斯州的田地中种植玉米，种子种植在未经处理的土壤或蒸汽消毒的土壤中

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