研究表明，土壤中的细菌使花朵对传粉者更有吸引力

Josiah02 · 发表于 2024-9-29 18:56:29

根据《美国植物学杂志》发表的一篇文章，该文章描述了对豆科植物决明（一种豆科植物，包括豆类和豌豆）的这种机制的研究，生活在土壤中并帮助根部固氮的细菌可以增强某些植物的繁殖能力。
土壤中的细菌通过一种在植物和动物中广泛存在的互利关系，增强了植物花朵对传粉者的吸引力。例如，细菌或真菌等微生物促进了植物的互利关系并从中受益，双方都能获得更多营养或更旺盛地繁殖。
以 C. latistipula 为例，它是一种原生范围横跨玻利维亚、巴西和阿根廷东北部的灌木，其生长的土壤往往缺乏养分，并且依赖特定类型的传粉媒介进行繁殖。
巴西圣保罗州圣贝尔纳多坎波的 ABC 联邦大学自然与人文科学中心 (CCNH-UFABC) 教授安塞尔莫·诺盖拉 (Anselmo Nogueira) 说：“它与固氮细菌的互利关系增加了对根部的养分供应，以换取它们赖以生存的糖分。”
“这种植物还与一种特定类型的传粉者存在互利关系。花药中储存的花粉只有在振动时才会释放出来，主要是通过某些熊蜂属的雌性熊蜂的振动。”
由诺盖拉领导的植物-动物相互作用实验室进行的一项温室实验表明，这些细菌在使花朵对大黄蜂具有吸引力方面发挥着重要作用，尤其是对于生长在贫瘠土壤中的植物而言。
“我们还观察到了意想不到的剧烈影响。由于与细菌的结合对植物来说代价非常高，我们假设在富氮土壤中，植物会直接从土壤中吸收氮，但在我们的实验中，营养丰富的土壤并没有产生健康的植物和美丽的花朵，”文章的第一作者 Caroline Souza 说。
该实验是“多种互利共生生物对植物的协同作用：细菌、蚂蚁和蜜蜂如何促进豆科植物超多样化谱系的进化”项目的一部分，该项目由诺盖拉协调。
细菌、植物和昆虫
在实验中，研究人员从种子发芽开始监测了 60 株 C. latistipula 植物的生长情况，持续 16 个月。其中一半生长在主要由沙子（90%）组成的土壤中，土壤上覆盖一层薄薄的有机表土（10%），营养物质浓度较低，尤其是氮。另一半生长在富含有机质的土壤中，并补充了硝酸钾，硝酸钾会将氮释放到土壤中。在这两种情况下，研究人员都监测了土壤酸度六个月，以确保 pH 值为中性，不会影响根系与细菌的相互作用。
种子播种前用酒精、次氯酸钠、过氧化氢等进行消毒，以消除影响结果的细菌，再用蒸馏水冲洗，土壤则用高压釜高温消毒，以消除微生物。
随后对两种土壤类型进行不同的处理。将含有根瘤菌（一种在植物根部固氮的细菌）的溶液加入到一半装有氮缺乏的沙质土壤的花盆中，另一半装有氮丰富的有机质的花盆中。其余的花盆中没有细菌。实验中使用的根瘤菌直接从野生 C. latistipula 的根瘤中分离出来。
在缺氮的沙质土壤中，没有添加细菌，植物因缺氮而生长很少，并且叶子持续发黄；在缺氮的沙质土壤中添加根瘤菌，植物生长良好。
“在含有固氮细菌的缺氮沙质土壤中，植物的高度几乎是生长在含有有机质和根瘤菌的富氮土壤中的植物的两倍，体积是后者的三倍。另一方面，在沙质土壤和富含有机质的土壤中生长的不含根瘤菌的植物比生长在含有根瘤菌的植物要矮小得多，”诺盖拉说。
研究人员使用表面分光光度计分析了这些花朵，该仪器测量光的反射情况。“基于以这种方式测量的花朵反射率，我们测试了在有细菌和无细菌的不同土壤中大黄蜂可察觉的颜色对比变化，”Souza 说。
仅在生长在缺氮沙质土壤且有根瘤菌的植物中发现了显著的差异：它们的花药显示出一种对大黄蜂特别有吸引力的图案，因为大黄蜂对色谱的感知与人类不同。
索萨解释说：“花药中含有花粉，只有能够使花药振动的昆虫才能接触到花粉，而欧洲蜜蜂等外来物种则无法做到这一点。”
花粉是所有蜜蜂幼虫（包括大黄蜂和其他本地蜜蜂）的重要蛋白质来源。花粉中的营养成分对幼虫的生长发育有很大影响。
测量后，研究人员将植物从花盆中取出，对根部进行分析。根瘤的数量可作为与根瘤菌相互作用的指标。
根瘤是豆科植物根部因固氮细菌共生感染而形成的球状结构。与细菌的互利关系使植物能够制造所需的氨基酸。
氨基酸及其衍生物在植物中发挥多种功能，有助于蛋白质合成、发育、营养和应激反应。作为交换，植物为细菌提供能量和生长所需的糖，使它们能够在根瘤中增殖。
试验中，生长在缺氮的沙质土壤中，接种根瘤菌的植物根瘤最多。
“现在我们想知道这种只有雌性本土蜜蜂才能接触到的花粉是否因为植物和细菌的结合而富含蛋白质和氨基酸。花朵吸引力的增强可能与大量优质资源有关，这是受根部高固氮率的影响，”诺盖拉说。

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