Dünger zerstört die Fähigkeit des Pflanzenmikrobioms, sich vor Krankheiten zu schützen

Dr. Andreas Noack - Geheimakte Lebensmittel (Kann 2019).

Anonim

Eine neue Studie über die Rolle, die mikrobielle Gemeinschaften auf den Blättern von Pflanzen spielen, legt nahe, dass düngende Pflanzen sie anfälliger für Krankheiten machen können.

Universität von Kalifornien, Berkeley, Biologen fanden heraus, dass das Besprühen von Tomaten mit Mikroben aus gesunden Tomaten sie vor krankheitserregenden Bakterien schützte, aber dass das Düngen der Tomaten zuvor den Schutz negierte, was zu einem Anstieg der Population pathogener Mikroben auf den Blättern der Pflanzen führte.

Während die Forscher noch nicht wissen, ob die erhöhte Anzahl von schlechten Bakterien auf den Blättern tatsächlich die Tomaten krank macht, zeigt die Studie deutlich, dass Dünger die Gemeinschaft von Mikroben auf den Blättern aus dem Gleichgewicht bringt. Dies könnte potentiell dazu führen, dass krankheitserregende Organismen in die Pflanze gelangen.

"Wenn wir die Nährstoffumgebung der Pflanzen verändern, verändern wir grundlegend die Interaktion zwischen Pflanze und Mikrobiom und, was noch wichtiger ist, den Mikrobiom-vermittelten Schutz natürlicher Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben", sagte Senior Autor Britt Koskella, Assistenzprofessorin an der UC Berkeley der integrativen Biologie.

Der Düngeeffekt war nicht die einzige Überraschung der Studie, sagte Koskella. Sie und Co-Autorin Maureen Berg, eine Doktorandin, untersuchten, wie die Dichte der mikrobiellen Gemeinschaft auf den Blättern die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Krankheiten beeinflusste und entdeckte, dass eine niedrigere Dosis nützlicher Mikroben, die auf die Blätter gesprüht wurden, oft wirksamer war die Pflanzen von der Infektion als höhere Dosen. Berg besprühte Blätter mit einer künstlichen mikrobiellen Gemeinschaft, die aus 12 Bakterienarten bestand, die aus dem natürlichen Mikrobiom gesunder Tomaten gewonnen wurden.

"Wir fanden, dass die am meisten schützende Gemeinschaft die am meisten verdünnte, die am wenigsten konzentrierte, die niedrigste Dosis war", sagte sie. "Dies war völlig nicht intuitiv. Eine mittlere Dosis gab mittleren Schutz und die höchste Dosis war die am wenigsten schützende."

Probiotika für Pflanzen

Die Gründe sind unklar, aber die Ergebnisse sind wichtig, weil Biobauern davon sprechen, Pflanzen mit Probiotika zu besprühen, um ein besseres Wachstum und den Schutz von Krankheiten zu fördern, genauso wie Menschen Probiotika konsumieren, die "gute" Mikroben in der Hoffnung enthalten, ihre Gesundheit zu verbessern.

"Die Tatsache, dass wir diesen niedrigeren Dosis / höheren Schutz-Effekt gesehen haben, deutet darauf hin, dass es nicht so einfach ist, wie nur auf mehr Mikroben zu werfen", sagte Koskella. "Es gibt viel zu tun, um zu verstehen, wie man ein Pflanzenprobiotikum anwendet."

Sie und Berg werden ihre Ergebnisse in der 6. Ausgabe der Zeitschrift Current Biology veröffentlichen; Der Artikel wird online am 26. Juli veröffentlicht.

Koskella konzentriert sich auf pflanzliche oberirdische Mikrobiome oder die Phyllosphäre, eine wenig verstandene Gemeinschaft im Vergleich zu dem gut untersuchten unterirdischen Mikrobiom, das mit Pflanzenwurzeln, der Rhizosphäre, assoziiert ist. Forscher finden ungeahnte Aktivitäten innerhalb der Phyllosphären-Mikroben, einschließlich der Tatsache, dass einige Bakterien Stickstoff aus der Luft wie wurzelbedingte Bakterien fixieren. Viele Studien haben gezeigt, dass mikrobielle Gemeinschaften in den Wurzeln die Nährstoffaufnahme, das Wachstum und die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen fördern können, und Koskella untersucht, ob dies auch für das oberirdische Mikrobiom gilt.

Ihre Experimente sind relevant für die Behandlung von Nutzpflanzen mit Probiotika und könnten helfen, Fragen zu beantworten wie: Was ist die richtige Mischung von Bakterien für eine bestimmte Pflanze? Was ist der beste Weg, diese richtige Mischung anzuwenden?

Um diese Fragen zu untersuchen, begannen Koskella und Berg mit der Untersuchung der natürlichen Blattmikroben gesunder Tomaten, die an der UC Davis im Freiland kultiviert wurden.

Dann sprühten sie die Mischung auf sterile Tomatenpflanzen in Wachstumskammern an der UC Berkeley und injizierten eine Woche später die Blätter mit Pseudomonas syringae-Bakterien, die Tomatenflecken verursachen, ein Hauptproblem, das mit Pestiziden behandelt wurde. Die neue mikrobielle Gemeinschaft an den Tomaten hat tatsächlich die Pflanzen vor der Besiedelung durch Krankheitserreger geschützt, obwohl die mikrobiellen Gemeinschaften, die von einigen Tomatenfeldern erhalten wurden, besser funktionierten als die Mikrobiome anderer Felder.

"Diese mikrobielle Gemeinschaft von Phyllosphären ist, ähnlich wie unsere eigene Haut, eine erste Verteidigungslinie gegen Krankheiten, daher erwarteten wir Schutz, obwohl wir nicht sicher wussten, " sagte Koskella.

Künstliche mikrobielle Gemeinschaften

Als sie überraschenderweise die Konzentration der auf die Blätter gesprühten Mikroben variierten, stellten sie fest, dass niedrige Dosierungen in vielen Fällen besser funktionierten als hohe Dosierungen.

Um herauszufinden, warum, konstruierten sie eine künstliche mikrobielle Gemeinschaft, die aus 12 der auf natürlichen Pflanzen vorkommenden Arten bestand - im Grunde die 12, die am besten in Kultur gewachsen waren. Wenn sie verschiedene Dosierungen der synthetischen Gemeinschaft auf Tomaten sprühten, erzielten sie das gleiche Ergebnis: niedrige, verdünnte Dosen waren gegen Pseudomonas schützender als hohe konzentrierte Dosen.

Berg wiederholte das Experiment, um die rätselhaften Ergebnisse zu bestätigen, aber in einem weiteren Versuch entschied sie, zuerst die hängenden Pflanzen zu befruchten. In diesem Versuch war keine der Mikrobiomdosen schützend gegen Pseudomonas. Als sie den Versuch mit und ohne Befruchtung wiederholten, bestätigten sie, dass die Anwendung von Dünger die zuvor beobachteten Schutzwirkungen aufhob.

In jedem Experiment beurteilten sie den Schutz vor Krankheitserregern, indem sie die relative Population von Pseudomonas im Vergleich zu den anderen, meist nützlichen Mikroben aufzeichneten, da ein gesundes Mikrobiom effektiv mit einem Pathogen konkurrieren und es auf ein niedriges Niveau abstoßen sollte.

Koskella hat den Verdacht, dass Dünger das Mikrobiom verändert, und die Möglichkeit, dass die Nährstoffe gesündere Blätter bilden, die alle Mikroben glücklich macht und verhindert, dass die guten Mikroben die schlechten Mikroben übertreffen. Sie und ihre Gruppe verfolgen nun Experimente, um diese Hypothese zu testen.

Sie haben immer noch keine Ahnung, warum eine probiotische Behandlung bei niedrigen Dosierungen besser funktioniert als hohe Dosen, hoffen aber, dass zukünftige Forschungen dieses Rätsel lösen und die geeignete Anwendung von Probiotika in der Landwirtschaft leiten können.

Dennoch, so Koskella und Berg, sollte der Einfluss von Dünger auf das Mikrobiom von Blättern und Stämmen Biologen dazu bringen, die Wirkung von Düngemitteln auf das Wurzelmikrobiom und den allgemeinen Gesundheitszustand der Pflanze zu untersuchen.

"Wir haben Kulturen so lange gedüngt, dass es mich überraschen würde, wenn wir nicht bereits Folgen der Langzeitdüngung auf die Interaktion der Pflanzen mit ihren Mikroben gesehen hätten", sagte sie. "Es gibt viele Studien, die zeigen, dass domestizierte Pflanzen sehr unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften haben als ihre wilden Verwandten."

Die großen Fragen sind, beeinflusst das die allgemeine Gesundheit der Pflanze und warum?

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