研究人員發現了一種意想不到的天然盟友，能幫助農民應對農業中日益嚴重的挑戰之一：鹽鹼土壤。
由中國研究員鄭燕芬博士領導、包括英國東英吉利大學（UEA）科學家在內的團隊發現，土壤中自然存在的細菌能顯著提升植物在鹽鹼條件下的存活能力。
該研究還揭示了這些微生物保護玉米、番茄和油菜等作物免受鹽分壓力的全新機制。這項發現最終可能幫助農民在鹽分過高而不適合傳統農業的土地上種植作物。
鹽鹼土壤威脅全球農業
由於氣候變遷、灌溉方式及海平面上升，農田鹽分積累問題日益嚴重。鹽分在土壤中累積會抑制植物生長，損害根系，並大幅降低作物產量。
來自UEA生物科學學院及諾里奇研究園區Quadram研究所的喬納森·托德教授表示：「農田鹽分積累是一個重大且日益惡化的問題，主要由氣候變遷、灌溉和海平面上升驅動。
鹽分阻礙植物生長，損害根系，嚴重影響整個收成，威脅全球糧食供應。
我們知道植物依賴根部周圍的微生物群落（稱為根部微生物組）來幫助它們應對環境壓力，但這些關係如何運作，以及是否在不同作物和土壤中一致，仍不甚明朗。
我們發現植物似乎會在鹽鹼土壤條件下招募有益細菌，這些細菌反過來觸發植物內部變化，強化其物理結構和韌性。
如果科學家能利用這一自然過程，可能開啟氣候韌性農業的新時代。」
根部微生物吸引受鹽分壓力的植物
為了更好理解植物與微生物的合作關係，研究人員檢視了多種作物在不同土壤類型中的根部微生物組。
他們發現一群稱為假單胞菌的自然細菌，會持續聚集在受鹽分壓力的植物根部周圍。這一現象在玉米、番茄和油菜等多種作物中均有出現，顯示這是廣泛的生物反應，而非單一植物的特例。
基因分析也解釋了這些細菌為何能在鹽鹼環境中表現出色。
托德教授說：「與其他微生物相比，假單胞菌攜帶專門的基因，幫助它們耐受高鹽環境，包括鈉離子運輸系統及其他抗壓機制。」
團隊隨後將選定的假單胞菌菌株引入大豆植物。在溫室和田間試驗中，這些細菌成功定殖於根部，並在鹽鹼條件下顯著促進植物生長。
「接受細菌處理的植物展現出更強健的根系、更佳的發育和更高的產量，相較於未處理的鹽鹼土壤植物。」托德教授說。
研究人員驚訝地發現，這些細菌並非透過降低植物組織內的鹽分來幫助植物。
「最令人驚訝的是發現細菌幫助植物應對鹽分的方式。
數十年來，人們認為植物通過控制鈉離子水平來抵抗鹽分，基本上是將有害鹽分排除在外。但我們未發現細菌影響鈉離子運輸或離子平衡的證據。
細菌並非直接幫助植物管理鹽分，而是刺激植物產生更多一種稱為木質素的物質。
接受細菌處理的植物根部木質素含量顯著增加，在鹽分壓力下部分測量甚至提升超過30%。」
木質素是一種堅硬的木質材料，是植物細胞壁的重要組成部分。它像內建的支撐系統，強化植物組織，幫助植物抵抗環境壓力。
研究人員還確定了促進木質素生成的關鍵基因。當這些基因被人工過度表達時，植物在鹽鹼土壤中的表現明顯改善。
相反地，無法產生木質素的植物未能從細菌中獲益，顯示木質素生成對這一新發現的保護效應至關重要。
托德教授表示：「我們希望這一發現為農業開啟新可能。
透過利用像假單胞菌這樣的自然微生物，未來可開發生物基處理方法，幫助作物在鹽鹼土壤中生長，減少對化學品的依賴。
隨著大量農田已受鹽分影響且更多土地面臨威脅，微生物解決方案可能成為維持作物產量和確保糧食安全的重要工具。」
該研究成果發表於《Science Advances》期刊，論文題為《與鹽分壓力植物相關的假單胞菌通過增強木質素生物合成促進大豆的壓力適應》。
