Trends in Ecology Evolution|作物驯化导致其共生土壤有益微生物的丢失

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虽然植物驯化过程带来更大个体的作物，但这一过程通常会对植物微生物群落产生负面影响，使驯化植物比其野生亲缘植物更依赖化肥和其他土壤改良剂。

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为了使农作物更高产和稳定，研究人员建议从商业农作物的野生近亲中重新引入基因，以恢复驯化植物与有益的土壤微生物相互作用的能力。

几千年前，人们收获小型野生植物作为食物。最终，他们选择性地种植最大的那些，直到我们今天所知的丰满的谷物、豆类和水果进化出来。 但经过人类几千年的照料，许多栽培的植物失去了与土壤微生物相互作用的能力，这些微生物提供了必要的养分。 这使得一些驯化植物更加依赖化肥，而化肥是世界上氮和磷污染的最大来源之一，也是消耗化石燃料生产的产品。

Joel Sachs是加州大学河滨分校(UC Riverside)生物学教授、论文的作者，他说: “我很惊讶，这些变化竟然能如此完全的隐藏。我们如此专注于植物地上的特性，以至于我们在忽略其他一系列特性时，能够对植物进行重大改造，并在不经意间培育出从微生物那里获益能力下降的植物。”

细菌和真菌与植物根系形成密切联系，可以极大地促进植物生长。这些微生物有助于分解土壤中的氮和磷等元素，使植物通过根部更好的吸收。这些微生物还以一种互利或共生的关系从植物中获得资源。当植物可以自由的获得肥料或其他土壤改良剂时，植物就不需要与微生物相互作用。

华盛顿州立大学温哥华分校的Sachs和Stephanie Porter分析了120项关于植物微生物共生的研究，得出结论，许多驯化植物与土壤微生物形成共生群落的能力发生退化。

“我们的论文传达的信息是，驯化有隐性成本，”萨克斯说。 “如果选择植物是为了获得更大的种子或更快的生长速度，那么在这个过程中，你可能会失去许多与微生物相关的重要特性。”

这种进化上的损失也变成了环境的损失。

肥料中过量的氮和磷会从田间渗入到水中，导致藻类过度生长、氧含量低和死亡区。 化肥中的氮氧化物进入大气，造成空气污染。生产肥料的过程中化石燃料也被消耗。

一些公司已经开始将固氮菌作为土壤改良剂出售，以提高农业的可持续性，但Sachs表示，这些改良剂效果不佳，因为一些驯化植物不再能从土壤中利用有益微生物。

“如果我们要解决这些问题，我们需要弄清楚驯化植物哪些特征已经丢失，野生近亲中哪些有用的特征得以保留，” Sachs说。 “然后将野生植物和驯化植物一起培育，以恢复这些特性。”

文献来源:

Stephanie S. Porter et al, Agriculture and the Disruption of Plant–Microbial Symbiosis, Trends in Ecology & Evolution (2020). IF=15.3

DOI: 10.1016/j.tree.2020.01.006

新闻报道：

https://phys.org/news/2020-03-domesticated-beneficial-soil-microbes.html

译文校稿：

LuLu

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