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土壤细菌提高花朵对传粉者的吸引力：研究

花匠小妙招
2024-10-30 07:50

根据发表在《美国植物学杂志》上的一篇文章，生活在土壤中的细菌可以帮助根系固定氮，从而提高某些植物的繁殖能力。这篇文章描述了对蚕豆科（包括豆类和豌豆）中的一种豆科植物Chamaecrista lati托马的这一机制的研究。

土壤中的细菌通过一种被称为互惠互利的关系增强了植物花朵对传粉者的吸引力，这种关系在动植物中广泛存在。细菌或真菌等微生物有助于与植物建立互惠关系并从中受益，例如，双方都能获得更多的营养或更有力地繁殖。

以C. lati托马（C. lati托马）为例，它是一种原生分布于玻利维亚、巴西和阿根廷东北部的灌木，它所栖息的土壤往往营养贫乏，它的繁殖依赖于一种特定类型的传粉者。

“它与固氮细菌的互惠关系增加了其根部的营养供应，以换取它们赖以为生的糖，”位于巴西圣保罗州 o Bernardo do Campo的ABC联邦大学自然与人文科学中心（CCNH-UFABC）教授Anselmo Nogueira说。

“这种植物还与一种特定类型的传粉者有着互惠关系。储存在花药中的花粉只有在它们振动时才会释放出来，主要是由Bombus属的一些大黄蜂的雌性摇动。”

在Nogueira领导的动植物相互作用实验室进行的一项温室实验表明，这些细菌在使花朵吸引大黄蜂方面发挥了重要作用，特别是对于生长在营养贫乏土壤中的植物。

“我们还观察到一个我们没有预料到的剧烈影响。这篇文章的第一作者Caroline Souza说：“因为与细菌的联系对植物来说是非常昂贵的，我们认为在富含氮的土壤中，植物会直接从土壤中吸收氮，但在我们的实验中，富含营养的土壤并不能产生健康的植物，开出迷人的花朵。”在学习期间，她获得了FAPESP的技术培训奖学金。

该实验是“多种共生动物对植物的协同效应：细菌、蚂蚁和蜜蜂如何促进豆科植物超多样化谱系的进化”项目的一部分，该项目由Nogueira协调，并由FAPESP通过其生物多样性特征、保护、恢复和可持续利用研究计划（BIOTA-FAPESP）提供支持。

细菌、植物和昆虫

在实验中，研究人员从种子萌发开始对60株乳香草的生长进行了16个月的监测。其中一半种植在主要由沙子（90%）和薄层有机表土（10%）组成的土壤中，营养物质浓度低，特别是氮。另一半种植在富含有机质的土壤中，并添加硝酸钾，硝酸钾会将氮释放到土壤中。在这两种情况下，对土壤酸度进行了6个月的监测，以确保pH值为中性，不影响根-细菌的相互作用。

在播种之前，先用酒精、次氯酸钠和过氧化氢对种子进行消毒，以消除可能影响结果的细菌，然后用蒸馏水冲洗。在高压灭菌器中对土壤进行高温灭菌以消除微生物。

然后对这两种土壤类型进行不同的处理。一种含有根瘤菌（一种在植物根部固定氮的细菌）的溶液被添加到一半含氮贫乏的沙质土壤和一半含氮丰富的有机物质的花盆中。其余的没有细菌。实验中使用的根瘤菌直接从野生乳香根瘤中分离得到。

在没有添加细菌的贫氮沙质土壤中，由于缺乏氮，植物生长很少，叶子持续变黄。在添加根瘤菌的贫氮沙质土壤中生长的植株发育良好。

“在有固氮细菌的贫氮沙质土壤中，植物几乎是在有有机质和根瘤菌的富氮土壤中生长的植物的两倍高，三倍大。另一方面，在沙质土壤和富含有机质的土壤中，没有根瘤菌生长的植物比有根瘤菌生长的植物更矮、更小，”诺盖拉说。

研究人员使用表面分光光度计分析花朵，该分光光度计测量光的反射方式。Souza说：“基于以这种方式测量的花朵反射率，我们测试了大黄蜂在有细菌和没有细菌的不同土壤中可感知的颜色对比的变化。”

只有在有根瘤菌的缺氮沙质土壤中生长的植物中才发现了显著的差异：它们的花药显示出一种模式，这种模式被认为对大黄蜂特别有吸引力，大黄蜂对光谱的感知与人类不同。

Souza解释说：“花药含有花粉，只有能够使花药振动的昆虫才能接触到花药，而欧洲蜜蜂等外来物种则无法做到这一点。”

花粉是所有蜜蜂幼虫的重要蛋白质来源，包括大黄蜂和其他本地蜜蜂。花粉中的营养成分对幼虫的生长发育有很大影响。

测量完成后，研究人员将植物从花盆中取出来分析它们的根。根瘤数量作为与根瘤菌相互作用的指标。

根瘤是豆科植物根瘤状结构，是固氮细菌共生感染的结果。与细菌的共生关系使植物能够制造它们所需的氨基酸。氨基酸及其衍生物在植物中发挥着许多功能，对蛋白质的合成、发育、营养和胁迫反应都有贡献。作为交换，植物为细菌提供能量和生长所需的糖，使它们能够在根瘤中增殖。

试验中，在氮素贫乏的沙质土壤中生长并接种根瘤菌的植株结瘤最多。“现在我们想知道这种花粉是否富含蛋白质和氨基酸，因为植物和细菌之间的伙伴关系，这种花粉只有雌性本地蜜蜂才能接触到。Nogueira说：“受根系高固氮率的影响，花朵的吸引力增强可能与大量优质资源有关。”

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