近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所植物营养团队研究发现了定殖于玉米茎木质部伤流液内、具有固氮能力且高度保守的核心细菌微生物组，该微生物组为玉米提供氮素营养并促进根系生长。相关研究成果发表在《自然通讯 (Nature Communications) 》上。

与人类微生物组类似，植物微生物组被称为植物的第二个基因组，对植物生长发育、养分吸收、病虫害抵御等至关重要。国外研究发现，墨西哥哈瓦卡地区贫瘠土壤中生长的玉米，它的气生根粘液富含固氮菌，这些固氮菌从空气中捕捉到的氮能为玉米提供29-82%氮营养。近年来，大量研究开始关注植物微生物组群的功能与结构，但主要关注植物根际、叶际等关键界面，忽视了植物的其他部位。

玉米木质部内生菌的定殖特征

该研究通过评估不同土壤类型、气候区和基因型的玉米微生物组的组装机制和功能，发现玉米茎木质部选择性地招募了以γ‐变形菌纲为主的高度保守的核心微生物群落，鉴定了25个核心细菌分类群，其中含有部分高效固氮和协助固氮菌。在此基础上，该研究建立了由两个核心固氮菌和两个辅助菌组成的合成群落，GFP 标记菌株和15 N 同位素稀释方法证实了合成群落在植物体内的固氮能力，他们通过在玉米茎中生物固氮贡献了11.8%的总氮。有趣的是，合成群落还增加了根系生物量，表明核心内生菌与宿主之间存在多机制的协同作用。植物茎木质部伤流液微生物组代表了一类被忽视的重要植物“肠道”功能菌，在作物固氮促生方面发挥着重要作用。

据了解，该研究得到中国科协青年托举计划、中国农业科学院科技创新工程等项目资助。