新的證據(jù)表明細(xì)菌推動(dòng)了開普花地區(qū)的生物多樣性

斯泰倫博斯大學(xué)(SU)的植物學(xué)家距離揭開海角花卉區(qū)非同尋常的生物多樣性水平的奧秘僅一步之遙。

迄今為止，至少這種顯著的多樣性至少可以歸因于植物對(duì)微生態(tài)位的適應(yīng)能力，這些條件是由諸如穩(wěn)定的古氣候，可靠的冬季降雨，地理梯度和多樣化的土壤類型等因素產(chǎn)生的。

現(xiàn)在，SU的植物與動(dòng)物學(xué)系的植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，即最大的開普水生植物屬Oxalis與細(xì)菌屬芽孢桿菌形成了獨(dú)特的聯(lián)系，可幫助其固定空氣中的氮并實(shí)現(xiàn)非凡的發(fā)芽壯舉。

此外，他們證明了芽孢桿菌細(xì)菌已與這種共生關(guān)系融為一體，甚至可以從母體植物遺傳到種子。研究結(jié)果最近發(fā)表在《BMC植物生物學(xué)》雜志上，標(biāo)題為“固氮細(xì)菌和Oxalis-垂直遺傳細(xì)菌共生的證據(jù)”。

教授琳恩德雷爾，在南部非洲的頂尖專家酢漿草在SU和作者之一，他表示這是內(nèi)生菌geophytes的垂直遺傳的這樣一個(gè)系統(tǒng)的第一份報(bào)告。

開普省以世界上最多樣化的植物群而聞名，擁有來自20個(gè)科的2100種，但人們對(duì)導(dǎo)致這種顯著多樣性的因素仍然知之甚少。如果考慮到它發(fā)生在測(cè)量全球最低氮和磷水平的環(huán)境中，那么這種多樣性就更加顯著。

這種共生關(guān)系如何運(yùn)作?

從以往的工作，德雷爾的研究小組證實(shí)，60%的酢漿草品種有頑拗性種子。這意味著它們不能忍受干燥，必須在脫落后立即發(fā)芽。

但是，在這些物種中更為獨(dú)特的是逆發(fā)芽的發(fā)生，種子葉和第一片葉在最初的24至48小時(shí)內(nèi)沒有卷曲，而沒有任何胚根或根的支持。

正是在試圖發(fā)芽這一非凡壯舉的過程中，Dreyer的一名研究生Michelle Jooste博士在6 種Oxalis物種的營(yíng)養(yǎng)和生殖器官中發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌和真菌的集合體。

“我們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和真菌棲息在頑固的Ox 草幼苗基部周圍的粘液中。粘液是一種粘稠的膠狀物質(zhì)，在發(fā)芽時(shí)會(huì)被種子排出。我們?cè)谡骋褐邪l(fā)現(xiàn)的一些細(xì)菌和真菌是從周圍的土壤，但其他的則是由種子本身通過繼承提供的。”

這些細(xì)菌寄居在植物體內(nèi)，很可能位于專門的結(jié)構(gòu)空腔中，它們以草酸鹽為食，草酸鹽是植物作為光合作用的副產(chǎn)物而產(chǎn)生的有機(jī)酸。

該研究中鑒定出的最豐富的細(xì)菌中有9種來自芽孢桿菌屬，其中3種具有利用草酸鹽作為其唯一且通常是首選碳源的能力。

“我們認(rèn)為這種不尋常的關(guān)系肯定已經(jīng)發(fā)展了數(shù)百萬年，這幫助Oxalis充分利用了非?？深A(yù)測(cè)的冬季降雨季節(jié)，使它有足夠的時(shí)間在地面上噴出足夠的生長(zhǎng)量，還可以在地下形成鱗莖，以便生存直到第二年冬天的第一場(chǎng)降雨。的確是俄羅斯輪盤發(fā)芽策略!” 德雷爾解釋道。

但是，在這個(gè)故事中，還有很多問題比答案要多。

粘液的形成方式及其組成是當(dāng)前研究的重點(diǎn)，而另一名研究生正在研究顯微鏡技術(shù)，以查明這些內(nèi)生細(xì)菌是否確實(shí)存在于遍歷大多數(shù)頑固草酸的所有器官的不尋常腔中種類。燈泡形成的極快模式也正在研究中。

德雷爾總結(jié)說：“與其他地中海環(huán)境相比，開普敦花卉區(qū)的生物多樣性簡(jiǎn)直是小菜一碟。但為什么如此，仍然是植物學(xué)家試圖揭開的最大謎團(tuán)之一。”