LorMeM”新”成员—原生动物

LorMeM的中文名称是根际微生态与调控实验室,那么顾名思义我们实验室的研究方向主要是围绕根际微生物。之前的文章中已经介绍过了生防菌(细菌)以及噬菌体(病毒),今天向大家“隆重”介绍新加入LorMeM研究方向的成员—原生动物。

原生动物门(Protozoa)是动物界的1门,为最原始、最简单、最低等的动物。它们的主要特征是身体由单个细胞构成的,因此也称为单细胞动物。300多年前,A.van列文虎克用约放大270倍的透镜,第一个看到了很多自由生活和寄生生活的原生动物,他把眼虫描述为“中间绿、两端白”的虫子,后人尊称他为原生动物学之父。

常见的非寄生土壤原生动物,通过大小(长度)、形态和动植物种类史,将隶属关系直观化

(Geisen et al. 2017)

原生动物是土壤中占绝对优势的微型真核生物,但目前对其的研究相对于其他微生物比如细菌、真菌以及线虫的研究来说要少,其中一部分原因是方法学还有待探索(Geisen et al. 2017)。已有的研究表明土壤原生动物可以对初级生产作出重要贡献(Jassey et al. 2015; Schmidt et al. 2016),并在细菌、真菌、其他原生动物和小型无脊椎动物等消费者的分解途径中发挥关键作用(Deruiter et al. 1995),它们也可以作为动植物寄主(Adl & Gupta 2006; Geisen 2016)。

在琼脂上生长的水稻(Oryzasativa)外侧根部的变形虫(Acanthamoeba castellanii)的典型分布(Bonkowski 2004)

作为捕食者,原生动物将营养物质转移到土壤食物网中的较高营养水平(Deruiter et al. 1995; Crotty et al. 2012),通过微生物循环促进微生物活动和营养循环,从而促进植物生长(Bonkowski &Clarholm 2012)。正如所有的捕食关系一样,原生动物作为捕食者并不能完全消灭被捕食者。研究表明,在有原生动物存在的情况下,细菌的种群密度显示出下降,直到达到105-107g-1的动态平衡(Danso &Alexander 1975; Habte &Alexander 1975)。原生动物可以通过细菌产生的挥发性物质(VOCs),来完成更高效的捕食,而细菌也可以通过挥发性物质抵御潜在的捕食者。除此之外,为了抵御原生动物捕食,细菌进化出几种机制,比如形态学改变,移动性增加,产生生物膜使其不易被发现,以及产生毒素(Schulz-Bohm et al. 2017)。

原生动物摄食微生物的显微镜图片(Geisen 2016)

原生动物对细菌的捕食作用,是我们想要引入其作为我们的研究对象的重要原因之一。通过原生动物对病原菌的捕食,减少病原菌的种群数量,之后再结合生防菌的拮抗作用,达到抑病目的。原生动物的摄食并不具有专一性,所以在摄食病原菌的同时,也有可能摄食生防菌。生防菌CHA0可以产生多种胞外分泌物,例如DAPG、黄绿脓菌素(PLT)、吡咯尼群(PRN)、胞外蛋白酶AprA和挥发性的HCN,这些物质已经被证明可以抗病。已有研究指出,生防菌CHA0中代谢产物的产生可能有助于避免原生动物捕食,并有助于维持更高的根际群体数量,这可能是与其他细菌竞争可用资源的理想和有利的特征(Jousset et al. 2006)。

原生动物在植物疾病抑制方面很有发展前景但目前并未受到重视(Geisen et al. 2017),有关于其抑病的效应及机制有待于进一步研究。

宋宇琦,硕士一年级。研究方向:原生动物联合生防菌抑制土传青枯病。

参考文献:

Adl, M.S. & Gupta, V.V.S.R. (2006).Protists in soil ecology and forest nutrient cycling. Can J Forest Res, 36, 1805-1817.

Bonkowski, M. (2004). Protozoa and plantgrowth: the microbial loop in soil revisited. New Phytol, 162, 617-631.

Bonkowski, M. & Clarholm, M. (2012).Stimulation of Plant Growth through Interactions of Bacteria and Protozoa:Testing the Auxiliary Microbial Loop Hypothesis. Acta Protozool, 51, 237-247.

Crotty, F.V., Adl, S.M., Blackshaw, R.P. &Murray, P.J. (2012). Protozoan Pulses Unveil Their Pivotal Position Within theSoil Food Web. Microb Ecol, 63,905-918.

Danso, S. & Alexander, M. (1975).Regulation of predation by prey density: the protozoan-Rhizobium relationship. Applied microbiology, 29, 515-521.

Deruiter, P.C., Neutel, A.M. & Moore, J.C.(1995). Energetics, Patterns of Interaction Strengths, and Stability in RealEcosystems. Science, 269, 1257-1260.

Geisen, S. (2016). Thorough high-throughputsequencing analyses unravels huge diversities of soil parasitic protists. Environ Microbiol, 18, 1669-1672.

Geisen, S., Mitchell, E.A.D., Wilkinson, D.M.,Adl, S., Bonkowski, M., Brown, M.W. etal. (2017). Soil protistology rebooted: 30 fundamental questions to startwith. Soil Biol Biochem, 111, 94-103.

Habte, M. & Alexander, M. (1975).Protozoa as agents responsible for the decline of Xanthomonas campestris insoil. Applied microbiology, 29,159-164.

Jassey, V.E.J., Signarbieux, C.,Hattenschwiler, S., Bragazza, L., Buttler, A., Delarue, F. et al. (2015). An unexpected role for mixotrophs in the responseof peatland carbon cycling to climate warming. Sci Rep-Uk, 5.

Jousset, A., Lara, E., Wall, L.G. &Valverde, C. (2006). Secondary metabolites help biocontrol strain Pseudomonasfluorescens CHA0 to escape protozoan grazing. Appl Environ Microb, 72, 7083-7090.

Schmidt, O., Dyckmans, J. & Schrader, S.(2016). Photoautotrophic microorganisms as a carbon source for temperate soilinvertebrates. Biol Lett-Uk, 12.

Schulz-Bohm, K., Geisen, S., Wubs, E.R.J.,Song, C.X., de Boer, W. & Garbeva, P. (2017). The prey's scent - Volatileorganic compound mediated interactions between soil bacteria and their protistpredators. Isme J, 11, 817-820.

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