以生物固氮減少對氮肥的依賴

　　過去幾十年中，隨著氮肥用量的增加，農作物的產量也大量提高。氮肥雖然有利於作物生長，但對環境和氣候卻造成負面影響，因為它需要大量的能源才能生產。因此，許多科學家正在尋找可永續發展的方法，以減少投入過多的氮肥，同時保持作物高產量。

　　密蘇里大學植物病理學家—Gary Stacey表示給予農作物氮元素的永續方法通常可藉由生物固氮技術，尤以豆科植物已發展出成熟的固氮作用。雖然多數植物的根部存在著多種固氮菌，但是這類促進植物生長的細菌(PGPB)在農業中僅有限地使用，如作為接種劑。造成使用上不普及的因素是由於使用生物製劑於農作物時，會產生一些相關的施用問題及不同的反應結果。因此，研究人員進行一系列研究以更全面了解植物宿主的代謝反應，同時減少作物與PGPB反應後的變異性。然而，這項研究面臨到一個挑戰，雖然PGPB的根拓殖化作用可達高水平，但豆科植物外的固氮作用卻發生於不同的部位，加上大部分的植物根部細胞不與固氮菌接觸，造成各種訊號傳遞受到稀釋。為了克服這項挑戰，研究團隊利用雷射剝離電噴灑游離質譜（LAESI-MS）技術，透過綠色螢光蛋白標記感染部位，使研究員可針對該部位進行取樣。研究結果表明細菌的根拓殖化作用會導致植物代謝作用產生重大變化，已接種細菌的植株與未接種或已接種卻無法進行固氮作用的植株相比，其大量產生一些代謝物，包括氮的代謝產物。【延伸閱讀】植物生長促進細菌能增加植株耐鹽性

　　有趣的是因菌株根拓殖化作用的影響，與吲哚生物鹼的生物合成有關化合物在植物根部更為豐富，這也許與植物的防禦反應有關。同時，研究結果並未發現PGPB增強植株生長會顯著影響植物賀爾蒙的產生。這表示PGPB對植物的影響比以往的認知還多，其仍需要更多複雜的解釋以了解這些細菌如何影響植物生長。此外，研究人員希望通過此類研究來確定分子機制，再利用PGPB刺激植物的生長，從而製定出有效而一致的接種方案，以改善作物的生長性能。

資料來源

• EurekAlert
• In-Situ Metabolomic Analysis of Setaria viridis Roots Colonized by Beneficial Endophytic Bacteria

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊