Sự đa dạng hơn các vi khuẩn sống trên lá, cộng đồng thực vật hiệu quả hơn • Alexander Markov • Tin tức khoa học về "Các nguyên tố" • Thực vật học, Vi sinh vật, Tiến hóa

Vi khuẩn sống trên lá càng đa dạng, cộng đồng thực vật càng hiệu quả hơn

Hình 1. Các lô thử nghiệm của dự án IDENT. Ảnh từ treedivnet.ugent.be

Thí nghiệm về việc phát triển 54 tổ hợp của 19 loài cây trên 216 địa điểm giống hệt nhau đã cho phép các nhà sinh vật học Canada thu thập dữ liệu mới về các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất của các cộng đồng thực vật. Thí nghiệm xác nhận tác động tích cực của sự đa dạng loài của cộng đồng về năng suất của nó, được ước tính bằng tốc độ tăng trưởng của cây. Kết quả chính của nghiên cứu là một minh chứng cho mối quan hệ giữa năng suất cộng đồng và sự đa dạng của vi khuẩn sống trên lá. Hóa ra, những thứ khác bằng nhau, cây phát triển tốt hơn khi nhiều vi khuẩn vi khuẩn có mặt trên lá của chúng.

Một trong những đặc điểm chính của một hệ sinh thái là năng suất của nó, có thể được định nghĩa là tỷ lệ sinh khối. Theo đó, một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của sinh thái là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất (và do đó, số lượng tài nguyên hệ sinh thái có thể được sử dụng bởi con người vì mục đích kinh tế hoặc giải trí).

Nhiều tính chất của một hệ sinh thái, bao gồm cả năng suất và khả năng phục hồi của nó, có liên quan chặt chẽ đến sự đa dạng của các loàibao gồm trong thành phần của nó (xem: Trong một cộng đồng đa dạng, động vật có ít cơ hội tuyệt chủng hơn, "Yếu tố", ngày 13 tháng 5 năm 2009). Theo quy định, tính đa dạng cao có tác động tích cực đến năng suất. Điều này có thể được giải thích, ví dụ, bởi thực tế là trong một cộng đồng đa dạng, nhờ sự tách biệt hốc (xem sự khác biệt của Niche), các nguồn tài nguyên của môi trường được sử dụng rộng rãi hơn. Điều này được gọi là "hiệu ứng bổ sung" (xem: Tác động sinh thái của đa dạng sinh học). Hoặc, có lẽ, bởi sự biến động của điều kiện, loại này hay cách khác tăng lên và nhân sôi động hơn, và trong một cộng đồng đa dạng với mỗi trạng thái của môi trường có xác suất lớn hơn là có loài nào cảm thấy đặc biệt tốt trong những điều kiện này. lựa chọn ").

Nhưng các nhà môi trường, tất nhiên, không đủ cân nhắc chung về hiệu quả của sự đa dạng về năng suất. Để tạo ra các mô hình tốt về chức năng hệ sinh thái cho phép người ta dự đoán phản ứng của họ với những thay đổi trong môi trường, người ta cần biết chi tiết: khía cạnh nào của đa dạng sinh học ảnh hưởng đến năng suất, sức mạnh của ảnh hưởng là gì, trong điều kiện nào và cơ chế nào

Là một phần của việc tìm kiếm các phương pháp giải quyết vấn đề toàn cầu này, IDENT dự án nghiên cứu quốc tế (Mạng lưới thử nghiệm đa dạng quốc tế với cây cối) đã được triển khai từ năm 2009 tại Canada, Mỹ, Đức và Ý.Mục tiêu chính của nó là nghiên cứu ảnh hưởng của các khía cạnh khác nhau của đa dạng sinh học đối với sự phát triển của cây, với sự nhấn mạnh được đặt vào giai đoạn phát triển ban đầu, tức là trên cây con. Trong một bài viết được đăng trên trang web của tạp chí vào ngày 24 tháng 5 Thiên nhiên, Những người tham gia dự án IDENT làm việc trong một lĩnh vực thí điểm gần Montreal báo cáo kết quả thú vị cho thấy tác dụng có thể có của vi khuẩn lá trên năng suất của cộng đồng cây.

Trong dự án IDENT, các chi tiết của phương pháp thay đổi đôi chút từ nước này sang nước khác, nhưng ý tưởng chung là như nhau. Những người tham gia dự án trồng các loại cây khác nhau trong các kết hợp khác nhau trên cùng một khu vực nhỏ (ở Canada kích thước của chúng là 4 × 4 m), và sau đó chúng theo dõi sự phát triển của cây con (Hình 1). Cây được trồng cách nhau 50 cm, rất chặt chẽ. Điều này cho phép chúng tôi hy vọng rằng ảnh hưởng lẫn nhau sẽ bắt đầu thể hiện trong những năm đầu tiên. Trên mỗi trang web, do đó, 64 cây giống được đặt. Cộng đồng cây trồng ở các khu vực khác nhau khác nhau theo hai cách: loài và đa dạng chức năng.

Đa dạng loài chỉ đơn giản là số lượng các loài cây có mặt trên một ô.Nhóm người Canada sử dụng 19 loài cây: 12 địa phương và 7 người ngoài hành tinh, nhưng thích nghi với cùng một vùng khí hậu. Tại mỗi địa điểm, hoặc chỉ có một loài mọc (độc canh), hoặc hỗn hợp 2, 4 hoặc 12 loài với tỷ lệ bằng nhau.

Đa dạng chức năng được tính toán dựa trên một số thông số mô tả chiến lược sinh thái hoặc vai trò chức năng của các loài trong cộng đồng. Các thông số bao gồm cường độ quang hợp, hàm lượng nitơ trong lá, tuổi thọ của lá (trong cây thường xanh, con số này cao hơn ở những cây rụng lá), mật độ tăng trưởng điển hình của loài này và khối lượng lá trên một đơn vị diện tích. Sự khác biệt lớn hơn trong các chỉ số này giữa các loài phát triển trên trang web, sự đa dạng chức năng của cộng đồng càng cao. Ví dụ, một cộng đồng của hai loài bạch dương có một sự đa dạng chức năng thấp, và một cộng đồng của một loài bạch dương và một loài thông là cao, mặc dù sự đa dạng loài trong cả hai trường hợp bằng hai.

Các tác giả đã sử dụng dữ liệu từ 54 tổ hợp cây với các mức độ khác nhau của các loài và đa dạng chức năng, mỗi loài được trồng trong bốn khu vực.Tổng cộng, 216 ô đã được tính, trong đó tổng số 216 × 64 = 13 824 cây đã tăng lên. Chỉ có dữ liệu trên 36 cây bên trong của mỗi ô vuông được tính đến để giảm thiểu các hiệu ứng cạnh có thể xảy ra. Năng suất của mỗi trong số 216 cộng đồng được ước tính bởi sự gia tăng chiều cao và đường kính của các thân cây trong năm mùa kể từ khi họ đổ bộ vào năm 2009 cho đến mùa thu năm 2014.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của hệ vi sinh vật lá trên năng suất cộng đồng. Trong những năm gần đây, do sự phát triển nhanh chóng của metagenomics và nghiên cứu hoạt động của quần thể vi sinh vật trong nhiều môi trường, cuối cùng đã trở nên rõ ràng rằng các vi sinh vật sống ở khắp mọi nơi ảnh hưởng triệt để đến nhiều khía cạnh của cuộc sống và sự phát triển của vi sinh vật. , "Elements", 21/06/2016). Ngày càng nhiều trong các tài liệu khoa học có các tham chiếu đến "holobiont" (xem Holobiont), theo đó họ hiểu được macroorganism cùng với toàn bộ microbiota đi kèm và nó được đề xuất xem là đơn vị cơ bản trong sinh thái học tiến hóa và sinh học (xem: , "Elements", 11/12/2010).

Nó đã được chứng minh rằng vi khuẩn sống trên lá có thể ảnh hưởng đến cuộc sống của một cây chủ theo nhiều cách. Các vi khuẩn có thể bảo vệ cây trồng khỏi các tác nhân gây bệnh bằng cách cạnh tranh với chúng hoặc điều chỉnh việc sản xuất các chất bảo vệ của chính cây. Vi khuẩn ảnh hưởng đến sự tổng hợp các hoóc-môn thực vật (auxin, cytokinin) và sự trao đổi chất thực vật, kể cả do khả năng khắc phục nitơ trong khí quyển. Nó cũng được lưu ý rằng trong thực vật lành mạnh, vi sinh vật lá thường đa dạng hơn ở những người bị bệnh và còi cọc. Tương tự, bằng cách này, là đúng cho hệ vi sinh đường ruột của con người. Cho đến nay, tuy nhiên, không có dữ liệu thực nghiệm trực tiếp về mối quan hệ đa dạng vi sinh vật lá với năng suất của cộng đồng thực vật.

Các nhà nghiên cứu thu thập từ 216 ô mẫu của họ 620 mẫu lá – một mẫu từ mỗi loài cây tại mỗi địa điểm. Các tế bào vi khuẩn đã được rửa trôi khỏi lá, DNA được phân lập từ chúng, và thành phần của quần thể vi sinh vật được đánh giá bằng trình tự gen 16S rRNA của vi khuẩn. Tổng cộng, có khoảng 7.000 loài vi khuẩn được tìm thấy có trên lá với số lượng đáng chú ý.

Các dữ liệu thu thập được đã được phân tích thống kê phức tạp. Đầu tiên, các tác giả xác định thành phần của cộng đồng vi khuẩn phụ thuộc vào, đó là, loại vi khuẩn nào sống trên lá của một cây nhất định. Hóa ra yếu tố quyết định chính ở đây là loại gỗ. Kết quả này khó có thể được gọi là bất ngờ, nhưng một cái gì đó thú vị hơn cũng được tìm thấy: một kết nối yếu nhưng đáng tin cậy giữa sự đa dạng loài cây trong khu vực với thành phần của quần thể vi khuẩn của lá cây này.

Đối với sự đa dạng loài (số loài) của vi khuẩn trên một cây nhất định, nó cũng hóa ra có liên quan chặt chẽ với các loài cây, cũng như “bản sắc chức năng” của nó (có nghĩa là, phức tạp của các đặc điểm chức năng nói trên). Ngoài ra, sự đa dạng của vi khuẩn sống trên lá của một cây nhất định có liên quan trực tiếp đến sự đa dạng chức năng của cây trong khu vực.

Kết quả quan trọng nhất của nghiên cứu là tìm ra mối quan hệ đáng tin cậy giữa năng suất của cộng đồng thực vật và sự đa dạng của vi khuẩn sống trên lá.Năng suất cộng đồng có mối tương quan chặt chẽ nhất với sự đa dạng loài cây: càng có nhiều loài phát triển trên địa điểm, thì tốc độ tăng trưởng của cây càng cao. Năng suất cũng phụ thuộc vào sự đa dạng chức năng của cây và trên “bản sắc chức năng” của chúng. Phương tiện thứ hai, đơn giản là nói rằng một cộng đồng có ưu thế cây rụng lá với cường độ quang hợp cao thì hiệu quả hơn so với một cộng đồng có ưu thế cây thường xanh với quang hợp chậm. Nhưng ngay cả với tất cả những yếu tố này, mối quan hệ tích cực giữa năng suất cộng đồng và sự đa dạng của vi khuẩn lá vẫn còn đáng kể. Nói cách khác, nếu chúng ta lấy các cộng đồng có cùng thành phần cây, trung bình, chúng sẽ phát triển nhanh hơn, nơi mà sự đa dạng của vi khuẩn trên lá cao hơn (Hình 2).

Hình 2 Các mối quan hệ quan trọng nhất được xác định trong nghiên cứu. Mũi tên đen biểu thị các kết nối tích cực, màu xám – tiêu cực. Sốmũi tên độ dày phản ánh sức mạnh của trái phiếu điểm cộngdấu hoa thị – mức ý nghĩa thống kê của nó (+ – thấp, ** – trung bình, *** – cao). Đa dạng chức năng – đa dạng chức năng; Loài phong phú – đa dạng loài; Nhận dạng chức năng – nhận dạng chức năng, đặc điểm phức tạp,phản ánh hiệu suất chức năng của loại cây này; Lá vi khuẩn đa dạng – một loạt các vi khuẩn lá ở; Năng suất – năng suất của cộng đồng nhà máy. Kết nối âm giữa nhận dạng chức năng và năng suất có nghĩa là một cộng đồng có ưu thế về cây thường xanh với cường độ quang hợp thấp, những thứ khác bằng nhau, phát triển chậm hơn một cộng đồng có ưu thế cây rụng lá với cường độ quang hợp cao (mặc dù sự đa dạng vi khuẩn trên lá trong trường hợp đầu tiên cao hơn ). Hình từ bài viết được thảo luận trong Thiên nhiên

Không giống đa dạng số lượng vi sinh vật của lá, cấu trúc (tức là, loài vi khuẩn lá nào chiếm ưu thế trong khu vực này) không tương quan đáng kể với năng suất cộng đồng. Nó chỉ ra rằng cây không thực sự quan tâm những loại vi khuẩn sống trên lá của chúng, điều chính là các vi khuẩn này rất đa dạng. Điều này có thể có nghĩa là sự kết hợp đa dạng vi sinh vật với năng suất được giải thích thêm bởi “hiệu ứng bổ sung” so với “hiệu ứng lựa chọn” (xem ở trên). Ví dụcó thể giả định rằng đa số vi sinh vật của lá khỏe mạnh sử dụng đầy đủ tất cả các nguồn tài nguyên có sẵn trên lá và hốc có khả năng tiếp cận với vi khuẩn, và do đó vi khuẩn gây hại có thể sinh sản trên lá như vậy. Tất nhiên, tất cả các dự đoán như vậy đều cần xác minh thử nghiệm.

Kết quả phù hợp với giả thuyết rằng một loạt các vi khuẩn sống trên lá có ảnh hưởng tích cực đến năng suất của cộng đồng thực vật. Đúng vậy, các tác giả thừa nhận rằng họ vẫn chưa nhận được bằng chứng thực nghiệm nghiêm ngặt về tác động của vi khuẩn đối với năng suất. Để làm được điều này, họ nên thay đổi sự đa dạng của vi khuẩn trong cây, giữ cho mọi thứ khác không thay đổi, và xem cách các thao tác này sẽ ảnh hưởng đến năng suất như thế nào. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy để xây dựng các mô hình sinh thái đầy đủ và dự đoán chính xác phản ứng của hệ sinh thái với điều kiện thay đổi, mối quan hệ được phát hiện giữa vi sinh vật lá và năng suất phải được nghiên cứu và tính đến.

Nguồn: Isabelle Laforest-Lapointe, Alain Paquette, Christian Messier và Steven W. Kembel. Sự đa dạng vi khuẩn lá làm trung gian các mối quan hệ thực vật và các mối quan hệ chức năng hệ sinh thái // Thiên nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 24 tháng 5 năm 2017. DOI: 10.1038 / nature22399.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: