新国大和SCELSE科学家发现植物激素可促进植物生长30%
这一令人振奋的发现为不同土壤和作物的可持续粮食安全带来了巨大希望。
来自新加坡国立大学和新加坡环境生命科学工程中心(Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering, SCELSE)的科学家发现了自然界应对当今农业挑战的最有效工具之一：农用微生物（或天然来源的农用化学品），它可以增强作物和微生物之间的协同作用，最终提高作物产量和生产力。
在一项自2018年开始、持续五年的研究中，科学家发现，植物地上部分在压力期间通常会释放一种众所周知的保护激素——一种名为茉莉酸甲酯(methyl jasmonate)的挥发性有机化合物，它具有一种迄今未知的功能。他们发现，茉莉酸甲酯像一种共享秘密语言，使植物能够与埋藏在土壤中的微生物层进行交流。
研究小组有三个重要发现：
- 通过利用一种特殊设计的气流系统，科学家首次发现，茉莉酸甲酯通过植物根部以挥发形式释放到地下；
- 茉莉酸甲酯的挥发性成分能够触发并促进远离植物根部的细菌中生物膜的形成；
- 这些生物膜中的细菌释放出一组不同的挥发性化合物，这些化合物可以促进植物生长高达30%。
这些发现详细记录在一篇名为《根部释放的挥发性茉莉酸甲酯向土壤微生物组发出形成对宿主有益的生物膜的信号》的科学论文中，该论文于2023年11月13日发表在著名的《Nature Chemical Biology》杂志上。
新加坡国立大学理学院城市农业研究中心(Research Centre on Sustainable Urban Farming, SUrF)主要研究员、新加坡环境生命科学工程中心副研究主任Sanjay Swarup副教授说：“这一发现的影响是多方面的，对于可持续农业至关重要。利用这些农业微生物不仅可以提高作物生产力，还可以减少对合成投入品的需求，减轻现代农业实践对环境的影响。”
在发现植物和有益微生物之间的自然交流方式后，研究小组已经申请了这项新应用的专利，以提高农业系统的恢复力和生产力。这可能催生一种新一代的农用化学品或自然构造化学品，用以增强植物的生长益处。
农用微生物可能影响植物生长并解决粮食安全问题
到2050年，世界人口预计将达到100亿，确保居民的粮食安全已成为本世纪最紧迫的挑战之一。以新加坡为例，本地设定了“到2030年达到30%自给”的目标，即到2030年能够自行生产满足30%的营养需求。
为实现这些目标，农业生产力必须紧急应对气候变化、土地退化以及日益不可预测的天气事件带来的影响。农用微生物和天然来源的农用化学品现在正逐渐成为可持续农业的一种有前景的策略。
农用微生物包括与作物相关的微生物群落，在植物生长促进、病害预防和固氮方面发挥着关键作用。农用微生物还通过分解有机物、循环养分和制造腐殖质以保持土壤湿润，保持土壤肥沃。多样化的农用微生物群落可以在生物膜中找到，其嵌入在自产的基质中。
植物根部散发的“香气”会引起积极的连锁效应
香气浓郁的茉莉酸甲酯挥发性有机化合物能够对远处的微生物产生影响。这一发现突显了信号可以超出植物根际区（植物根部周围的微环境，其中可溶性和挥发性分子促进植物与相关微生物群之间的交流）的直接范围。
论文的共同第一作者，现为欧莱雅(L’Oréal)—新加坡环境生命科学工程中心联合实验室的研究科学家Omkar Kulkarni博士说：“植物虽然不能像人一样说话，但有着属于自己的优雅的远距离交流方式。这一激动人心的发现不仅将为植物与微生物相互作用提供基本见解，而且可能为基于自然的农用化学品打下基础。”Kulkarni博士在新加坡国立大学理学院生物学系进行博士研究时进行了这项研究。
新加坡环境生命科学工程中心的新国大研究员及论文共同第一作者Mrinmoy Mazumder博士补充说：“挥发性有机化合物介导的植物与根际微生物之间的交流跨越距离，编排了大自然中和谐的合作。这一发现对科学界具有根本性和转化意义，为深入研究机制见解和开发针对不同作物品种的压力管理的个性化解决方案提供了机会。”
本研究由新加坡环境生命科学工程中心资助，由新加坡国立大学支持。
未来计划
作为最初发现的后续研究，研究小组将进一步研究土壤微生物环境释放、刺激植物生长的化合物的确切化学性质。该团队还将设计一个受生态启发的微生物群落，以利用植物如何借助有益土壤微生物来促进植物生长这一新发现。
