【LorMe新生】初入LorMe所见所感 / 开普饭

LorMe，全称Lab of rhizosphere Micro-ecology，主要做根际微生态与植物健康等相关研究。第一次见根际微生态调控这个词的时候，觉得脑子里晕乎乎的：什么是微生态？这方面的研究主要是关于什么的？在看了一段时间公众号中的文章后，我逐渐的对根际微生态这一方面有了一些了解。根据公众号里的说法，通俗的来说，根际微生态调控主要研究植物根际有哪些微生物，各种微生物有什么功能特征，它们之间有什么互作关系；生物群落整体有什么样的功能；如何调节根际微生物群落的结构与功能来保障植物健康正常生长。经过一段时间的了解，我逐渐对实验室有了一定认识。接下来我将说一说我对实验室的一个大体了解。

实验室研究方向及相关领域

实验室以研究与植物相关的土壤微生物为主。土壤微生物主要包括细菌、真菌、噬菌体以及原生生物，这些微生物与植物的健康生长都有着直接或间接关系（图1）。

图1 我所理解的LorMe研究方向

植物与细菌、真菌之间存在互利共生、寄生等关系。植物根系可分泌挥发性有机物对有益微生物进行招募（图2），也可分泌物质来抑制土壤病原微生物生长；植物受到微生物侵染时会上调抑菌物质的分泌量，进一步改变土壤细菌群落结构；某些菌类也会向环境中分泌某些物质来改造生活环境，创造更有利于自身生长的生态位；致病菌中存在某种突破植物自身免疫的机制，以便侵染植物体。除此之外，微生物之间也存在多种作用关系，如大肠杆菌与肠沙门氏菌具有从低成本交换到高成本互利共生的进化机制^[1]；细菌生长速率与运动相关基因的表达呈负相关，移动性与空间竞争能力呈负相关^[2]。土壤微生物还能够进化出抗生素抗性基因且可随基因漂移进入人体，对人体健康造成危害。

图2 植物“呼救”假说^[3]

噬菌体是一类以细菌为宿主的病毒，可与细菌共同进化（图3）。细菌进化出多种抗噬菌体机制，噬菌体则可进化出突破细菌抗性的机制。噬菌体可被分为裂解性噬菌体与温和噬菌体，目前噬菌体治疗细菌感染多倾向于选用裂解性噬菌体，但不可否认温和噬菌体也具有巨大的治疗潜力，这需要研究人员进一步去探索发现^[4]。利用烈性噬菌体裂解宿主细菌的特点，可采用噬菌体疗法来治疗植物根际的土传病害。

图3 噬菌体-细菌的相互作用模式^[5]

原生动物（图4）是土壤食物网中的消费者，可捕食细菌和真菌等微生物。其在防控土传病害方面具有一定作用，可通过直接捕食病原菌来控制病原菌的数量，也可刺激某些细菌产生拮抗物质来抑制病原菌生长，甚至可以改变根际细菌群落结构。有研究表明可通过检测根际原生动物群落来预测植物健康状态；根际原生动物可与细菌、真菌等土壤微生物共同组成生物屏障，阻挡病原体对植物的侵染。目前对原生动物的研究还比较有限，未来可更多的关注这一方面的内容。

图4 原生动物（图片源自网络）

铁载体是一种可以结合三价铁离子的低分子量物质，多由微生物或禾本科植物产生。其可提高土壤中铁元素的有效性，有利于微生物或部分植物利用铁元素。植物根际的有益微生物可通过释放铁载体增强自身与病原菌对根际土壤中铁元素的竞争，减少土传病害的发生，但相对的，有些有益菌产生的铁载体可被病原菌利用，间接增强了病原菌对植物的侵染能力，成为病原菌的“共犯”^[6]；有些微生物分泌的铁载体可被植物利用，增强植物自身对铁离子的吸收，促进生长，也可作为信号物质诱发植物产生抗性反应（图5）。

图5 植物与根际微生物通过铁载体利用铁的情况（图片源自网络）

肥料是农业生产的物质基础之一，其不仅可以改善作物生长状况，也会对土壤微生物的生长繁殖及其群落结构造成影响。有研究表明，不同种类的氮肥会使微生物形成不同的群落结构；不同的有机肥组成对青枯病有不同的抑制效果；改善堆肥配方可提高堆肥的转化率；筛选适应堆肥环境条件的秸秆分解菌株可提高堆肥的效率。

微生物个体微小，与人类密切相关，其为生物圈的正常运转做出了巨大贡献。人体肠道中有数以万计的大肠杆菌，其不仅可以抑制病原菌或其他病原体在人体肠道内的繁殖，还可促进人体生长；同时也会有某些致病微生物侵染人体，对人的身体健康造成威胁。植物也和人体相似，植物根系会和某些菌根菌共生，保证菌根菌正常生长增殖，而菌根菌扩大了植物根系吸收营养的面积，提高土壤矿质元素的有效性，帮助植物抵御致病菌对根系的侵袭。植物与微生物之间的关系与人体如此相似，研究者可参照人体与微生物之间的关系来开展植物与微生物方面的研究工作。微生物之间存在多种不同的互作关系，对这些内容的研究也可为解决植物土传病害提供新思路。

对实验室的认识

谈完对实验室研究方向以及对相关领域的见解后，再来说说我对LorMe团队的认识。LorMe是一个和谐友爱，共同促进的大集体。这里有能力优秀的各位老师，也有努力上进的各位同学。实验室每周进行组会，汇报最近的工作进展，交流学习相关领域的新知识，共同进步。LorMe实验室还时常与国外相关领域知名学者、实验室交流学习，“向更优秀的人请教，学习交流，自己能够进步的更快”。除此之外，实验室还运作有一个交流学术的公众号。我从中了解到了LorMe的主要工作内容，相关领域的最新动态，这对新生来说可以起到向导的作用，也可以作为一种宣传手段来吸引更多志同道合的人一起探讨学习相关领域。公众号能够发展到今天，离不开老师的坚持，也离不开实验室各位成员的积极配合。

实验室成员

我能够来到LorMe实验室可能也算是机缘巧合。第一次看到植物营养学这个名词时，我以为这个专业偏食品方向，研究植物能够提供哪些人类需要的营养。但等我看了植物营养学的教科书后，发现植物营养学主要是研究怎样能够让植物长得更好，怎样提高作物产量以及改良产品质量的一个专业。土地资源是进行农业生产的基本生产资料，目前人类不规范的利用土地使其压力越来越大，土壤健康逐渐引起人们的注意。我认为通过使用有机肥料、生物肥料等方式改善植物生长环境从而提高作物产量及产品质量是一种对自然环境破坏较小的双赢的模式，我也因此对相关方向的研究产生了兴趣。抱着对根际微生态调控方面的好奇，初试结束后的某一天我联系了韦老师，请教了解相关研究方向的方法，老师给我推荐了实验室的公众号。公众号中有很多经师兄师姐转述成中文的相关研究领域的英文文献，我被这些文献吸引，同时也赞叹实验室的这种运营方式：既可以督促成员认真阅读文献，帮助新人更快进入角色，还为实验室起到很好的宣传作用。这让我感受到，LorMe实验室是一个鲜活的实验室，我相信在这里我能学到更多的东西，能让松懈的我更加自律起来。

自我剖析

在日常生活中，我有值得肯定的地方，也有仍待提高的地方。希望我能继续保有对知识的渴望，持之以恒的毅力，做事笨拙但不缺乏细致，在前进的路上不只是低头赶路，也要多向他人学习，遇到问题主动向前辈请教，学会与老师交流。

微生物在促进植物健康生长方面有很大的研究空间，目前我所了解的还只是冰山一角。现阶段我应努力学习一些较基础的技能，对相关领域的发展现状有一个大致的了解，让自己能够更快的适应以后的研究生活。创新思维也很重要，这需要大量的积累，不积跬步无以至千里，积累多了，思路开阔了，创新也就变的相对容易了。搞科研不是一件容易的事，希望我能有耐心，有决心，踏踏实实走好自己选择的这条路。

——来自2020级硕士研究生张艺

参考文献：

[1]S.P. Hammarlund,J.M.Chacón,W.R.Harcombe. A shared limiting resource leads to competitive exclusion in a cross‐feeding system[J]. Environmental Microbiology,2019,21(2).

[2]Sebastian Gude,Erçağ Pinçe,Katja M. Taute. Bacterial coexistence driven by motility and spatial competition[J]. Nature: International weekly journal of science,2020,578(7796).

[3]Stephen A Rolfe,Joseph Griffiths,Jurriaan Ton. Crying out for help with root exudates: adaptive mechanisms by which stressed plants assemble health-promoting soil microbiomes[J]. Current Opinion in Microbiology,2019,49.

[4]Rodrigo Monteiro,Diana Priscila Pires,Ana Rita Costa. Phage Therapy: Going Temperate?[J]. Trends in Microbiology,2019,27(4).

[5]Federici Sara, Nobs Samuel P, Elinav Eran. Phages and their potential to modulate the microbiome and immunity. 2020

[6]Leinweber Anne,Fredrik Inglis R,Kümmerli Rolf. Cheating fosters species co-existence in well-mixed bacterial communities.[J]. The ISME journal,2017,11(5).

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