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    黏细菌——助力农业绿色可持续发展
    发布时间:2023-12-12 16:39:51      浏览次数:310次
          农业微生物是促进我国农业绿色可持续发展的重要保障。小小的微生物已经摇身一变成为国家战略资源。黏细菌是农业微生物的重要组成单元,虽然是细菌,但是黏细菌能够形成类似真菌一样丰富多彩的子实体结构,这也是黏细菌尊贵的身份象征。此外,黏细菌还是微生物朋友圈中有名的“吃货”,根据其食物谱可分为溶菌类群和溶纤维类群,其中溶菌类群的黏细菌是有名的微生物捕食小能手,能够猎杀活体微生物获取蛋白以补充营养;而溶纤维类群的黏细菌是有名的素食主义者,喜欢吃糖。此外,黏细菌还被认为是天然的“制药厂”,是发现新药的重要资源库。黏细菌所具有的捕食、生物质转化和产生抗菌化合物的特性,使其成为备受关注的特殊农业微生物资源,可助力我国农业绿色可持续发展。
          “智慧”型黏细菌身份的华丽转变
          黏细菌作为一种特殊的细菌,它的发现过程却充满曲折。黏细菌的发现要追溯到19世纪初,由于和高等真核生物的生物学特征具有较高的相似性,能够形成类似真菌的子实体结构,导致黏细菌一直被误认为是真菌。德国植物学家Link是最早对黏细菌报道的科学家,1809年在科学杂志上对其进行了描述并命名了黏细菌的一个属多囊菌属,然而,由于其形态类似真菌而被错误的认为是真菌。英国生物学家Berkeley在1857年发现并命名了黏细菌另外两个属:软骨霉菌属和标桩菌属,但是这两个属的黏细菌依然却错误的鉴定为丝状真菌。直到美国植物学家Roland Thaxter在1892年以黏细菌中的标桩菌属为研究对象,详细的阐述了其独特的生活史。然而,遗憾的是由于Roland Thaxter首次将黏细菌正式鉴定为细菌,这与以前该菌认定的分类地位为真菌的结论差别较大,导致该成果直到20年后才被广泛地接受。

          此外,黏细菌和黏菌虽然一字之差,但是二者属于完全不同的微生物类群。黏菌是介于动物和真菌之间的生物,大多数为腐生生活,其耳熟能详的故事就是黏菌走迷宫,即黏菌在搜寻食物过程中能够快速找到最短路径,表明其拥有惊人的智慧。而黏细菌是细菌类群,被认为是高等的原核生物,黏细菌的捕食与发育过程也被认为是具有智慧的。在黏细菌捕食细菌过程中,猎物细菌会反抗,遇到抵抗力弱的,黏细菌采取直接攻击模式;而面对抵抗力强的,黏细菌则采取狼群围捕的模式。


    黏细菌与黏菌的子实体形态和功能比较(照片引自文献)


          黏细菌的智慧还表现在能够识别异己,即黏细菌偶遇其他的微生物时,能够利用细胞表面的受体识别自我和非我,如果是同类细胞,它们就会相互作用,交换细胞物质实现“共同富裕”;如果是异类,黏细菌利用开火装置“分泌系统”装载杀菌蛋白排除异己,从而保证种群的稳定性。
          黏细菌是机智的捕食小能手

          那么,我们如何利用黏细菌“吃货”的特性助力我国农业绿色可持续发展呢?目前,利用黏细菌可以直接捕食多种植物病原细菌、真菌和卵菌的特性,诱导其“定向捕食”,以一种“以菌克菌”的方式对抗农业生产过程中的多种植物病害,用最安全生态的方法实现对植物病原菌的控制,从而减少农业生产过程化学农药的使用,保证国家粮食生产安全,实现绿色农业发展。黏细菌作为一个“吃货”比较挑食,其捕食过程存在偏好性。同时,黏细菌面对不同的猎物会采取不同的策略,以一种“艺多不压身”的方式让自己处于微生物食物网的顶端。江苏省微生物学会副理事长崔中利教授和农业农村部农业环境微生物重点实验室青年PI李周坤副教授团队研究发现,珊瑚球菌EGB面对猎物真菌时,黏细菌EGB分泌一个水解酶破坏真菌的外壳-细胞壁,导致真菌解体;而面对猎物疫霉菌时,黏细菌EGB则分泌一个裂解酶抢夺疫霉菌生长所必须的维生素,切断疫霉菌的“粮草”供给路线,进而控制疫霉菌的生长。



    黏细菌利用不同的捕食策略攻击猎物


          黏细菌是土壤微生物的“指挥官”
          土壤微生物是一个复杂的系统,成员包括动物、真菌、细菌、疫霉菌和其他微生物,形成了复杂的土壤微生物食物网结构。土壤微生物在土壤和作物健康保护中发挥重要的作用。然而,土壤环境中可利用的资源和空间有限,微生物在争夺食物和“地盘”过程中,有害微生物占据上风时,土壤和作物健康就会受到威胁,那么如何调控微生物群落实现对有害微生物的控制呢?在这个食物网中,黏细菌处于土壤微生物食物链的顶端,利用其捕食其他活体微生物的能力,指挥和调控微生物群落的结构组成,以实现对病原微生物群体的压制,从而保证土壤和作物的健康。同时,黏细菌面临威胁时,细胞还能“变形”分化为黏孢子,而黏孢子具有超强的抗逆性,从而保证黏细菌类群面临危险时能够“易守难攻”。
          虽然黏细菌具有强大的捕食功能,但是黏细菌“长得慢,不易消化”、“挑食,不易培养”、“抱团生长,不易分离”和“类群庞大,但已发现的数量有限”等问题也限制了黏细菌功能的正常发挥。因此,需要进一步发现黏细菌的特殊性,并与农业生产的实际问题相结合,助力我国农业绿色可持续发展。

    (供稿人:南京农业大学  李周坤)

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