番茄根遇土壤酵母后释放的挥发性有机物对番茄根硝酸盐转运体的调控研究

《Plant and Soil》：Volatile organic compounds produced after exposure of tomato roots to the soil yeast Solicoccozyma terrea modulate root nitrate transporters in tomato

为探究土壤酵母挥发性有机化合物（VOCs）对植物根系的影响，研究人员以番茄为对象，发现 S. terrea 释放的 VOCs 可促侧根形成并调节根硝酸盐转运体，对农业生产意义重大。

　　在农业生产的大舞台上，植物的健康生长就像一场复杂的交响乐，而微生物在其中扮演着至关重要的角色。近年来，人们发现有益微生物能通过多种方式促进植物生长，其中，微生物释放的挥发性有机化合物（VOCs）逐渐成为研究热点。许多细菌和丝状真菌释放的 VOCs 已被证实具有促进植物生长的作用，比如在拟南芥和水稻等植物上都有显著效果。然而，土壤酵母释放的 VOCs 及其对植物生长的影响却鲜为人知。

在植物生长过程中，氮素是至关重要的营养元素。农作物常常面临氮素不足的问题，而提高植物对氮素的吸收效率就成为了农业生产中的关键难题。在这样的背景下，为了深入了解土壤酵母释放的 VOCs 在植物生长中所起的作用，尤其是它们对植物根系吸收氮素的影响，来自智利天主教大学（Pontificia Universidad Católica de Chile）的研究人员开展了一系列研究。他们的研究成果发表在《Plant and Soil》杂志上，为农业生产中提高氮素利用效率提供了新的思路和方法。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术对土壤酵母 Solicoccozyma terrea YCPUC79 释放的 VOCs 进行分析鉴定。其次，采用植物生长实验，设置不同处理组，观察番茄幼苗在不同条件下的生长情况，包括测定侧根数量、主根长度和总根体积等指标。最后，利用基因表达分析技术，检测番茄根硝酸盐转运体相关基因（NRT1.1、NRT1.2、NRT2.1 和 NRT2.3）的表达水平。

下面来看看具体的研究结果：

1. 酵母 VOCs 对植物生长的影响：研究人员将番茄幼苗暴露在 S. terrea YCPUC79 的 VOCs 环境中 5 天后发现，与未接触酵母接种物的番茄幼苗相比，暴露组的番茄幼苗侧根数量显著增加，主根长度有所缩短，但总根体积在各处理组中相似。这表明 S. terrea 释放的 VOCs 能够促进番茄幼苗侧根的形成。
2. VOCs 成分分析：通过 GC-MS 分析，研究人员在四个处理组中总共鉴定出 181 种化合物。排除对照组中的化合物后，发现有 57 种化合物是由酵母或幼苗释放的。这些化合物被分为 11 个家族，其中醇类化合物数量最多，其次是烃类和酯类。而且，在处理组 TSt 中，有三种化合物（异丙醇、2 - 戊基呋喃和反式 - 1,3 - 戊二烯）是独一无二的。
3. 特定 VOCs 对根生长的影响：在高氮供应条件下，异丙醇和反式 - 1,3 - 戊二烯能够促进根干生物量的积累，反式 - 1,3 - 戊二烯还能增加侧根数量，并伴随着根中吲哚乙酸（IAA）和乙烯浓度的显著增加。在低氮供应条件下，所有处理组都能增加根生物量积累和根总体积，但部分处理组中根 IAA 含量降低，而乙烯浓度增加。
4. 特定 VOCs 对根硝酸盐转运体表达的影响：研究发现，暴露于挥发性化合物后，双亲和性根硝酸盐转运体 NRT1.1 的表达没有差异。然而，低亲和性转运体 NRT1.2 在低氮条件下，暴露于反式 - 1,3 - 戊二烯或 2 - 戊基呋喃与异丙醇等组合后，表达显著上调。高亲和性转运体 NRT2.1 在低氮条件下，暴露于 2 - 戊基呋喃单独或与异丙醇组合后表达上调。NRT2.3 的表达在低氮或高氮供应下呈现不同的响应，在不同处理下均有不同程度的上调。

综合研究结果和讨论部分，该研究首次揭示了土壤酵母 S. terrea 能够通过释放 VOCs 促进番茄侧根的形成，并且异丙醇、2 - 戊基呋喃和反式 - 1,3 - 戊二烯在低氮条件下能够调节根硝酸盐转运体的表达。这一发现为农业生产提供了新的生物刺激剂应用思路，有助于提高番茄作物的氮素利用效率，进而提高作物产量和品质。不过，该研究成果在其他作物上的适用性还需要进一步研究，同时，在温室或露天田间土壤条件下，S. terrea 与本土土壤微生物的相互作用，以及与土壤质地、有机质含量、pH 值、电导率和水分含量等土壤条件的相互关系也有待深入探索，这将为未来的农业生产实践提供更全面的理论支持。