【LorMe周刊】对土壤原生生物群落的研究为植物健康提供新视角
作者：宋宇琦 ，南京农业大学博士在读。主要研究根际原生动物和根际健康。
你好奇过院子里的土壤是否适合种植植物吗？最近一项中国和荷兰的研究者们合作完成的研究或许可以帮助你回答这个问题。他们的研究对象是原生生物—一类像植物和动物一样拥有细胞核，大多数是单细胞但不是细菌的微生物。在这篇2020年3月发表在Microbiome的文章中（根际原生动物群落是决定植物健康的关键因素），研究者们揭示了原生生物群落与健康植物间的联系，同时印证了之前研究中认为原生生物可能是植物根围环境“自上而下的调控者”。
显微镜下的原生生物
图源：Maulucioni, WikimediaCommons, CC-BY-SA 4.0
目前对土壤原生生物的关注远远少于细菌和真菌，这是因为什么呢？“之前培养用于研究的原生生物很困难，”这篇文章的作者之一，来自瓦赫宁根大学和荷兰生态研究所的Stefan Geisen博士说道，“但是近些年，新的基因测序技术让研究原生生物变得简单很多”。
在这项研究中，研究者们调查了田间植物健康与微生物群落间的关系。他们分析了土壤样品中的基因，以确定微生物群落成员对植物的可能影响。结果发现，在植物生长早期的土壤中，某些原生生物的存在可以帮助预测植物生长过程中是否会感病。在这些被认为是潜在的“指示物种”中，有13种与健康植物相关联，7种可能是细菌的捕食者。但只有3种来自感病植物的根际土，其中两种是捕食者。令人惊讶的是，吞噬型原生生物的丰度与病原菌的丰度呈现负相关，并且在患病植物中随时间降低。
通常我们所知道的原生生物往往是致病的，比如引起疟疾的疟原虫。其实环境中存在许多原生生物，但很多我们并不了解。原生生物也可以促进植物生长并在生态系统中扮演关键角色：一些原生生物通过捕食微生物残体从而帮助其中养分释放到土壤中；另一些可以捕食包括细菌和真菌在内的很多微生物。这些吞噬型原生生物往往通过捕食病原菌，或者促进对植物无影响细菌的生长从而抑制病原菌，达到控制病原菌丰度的目的。
原生生物可以维持植物健康
图源：Kiran Gurung
鉴于目前对细菌和真菌的研究已经多有报道，因此应该把目光更多的投向到原生生物。研究者推测，对特定原生生物功能的分析可能会带来对植物健康的新理解，尤其是在植物生长的初始阶段。比如，与感病植物相关联的物种可能并不与健康植物有联系。“土壤原生生物在植物生长早期阶段，特别是在还没有明显病害现象时，可以作为植物健康的预测者。”文章的通讯作者，来自南京农业大学的韦中教授这样解释道。
其他研究发现在海洋中，原生生物也可以作为海洋生态健康的指示者，但要发挥它们在复杂生态系统中的作用可能是具有挑战性的。在土壤中，原生生物可能被各种环境因子影响。Geisen博士与中国另一小组的研究发现土壤原生生物群落受以氮为基底的化肥间接影响。他希望原生生物的研究会帮助到农业。“你可以用它预测植物健康，”他说，“比如，在播种前，我们可以检测土壤中的原生生物群落以确定是否适合种植。进行诸如此类的实验并准确解释其结果还有很长的路要走，但是通过更多的工作，科学家们可能会开发出基于原生生物的生物防治产品，以帮助抑制病原微生物。”
原生生物如何与其他微生物互作与交流呢？在考虑生防效果之前，Geisen博士提到：“我们还应该考虑研究多样性的整体方法。”在Microbiome的文章中，研究者们还发现原生生物对微生物群落的影响还可能激活某些微生物代谢基因，这些与代谢产物产生相关的基因可以帮助抑制病原微生物。在健康植物中，吞噬型原生生物和这些基因的丰度都要比感病植物中高，相应的病原菌的丰度在植物生长早期阶段则更低。因此，原生生物可能会通过调控细菌群落同时影响病原菌的发展和植物健康。
研究者们希望这项工作能阐明原生生物与其他微生物间的多重关联。“重要的是明确不同微生物对彼此的影响，以及它们如何共同影响植物。”韦中教授补充道。在一个称为“全球土壤生物多样性研究”的框架下，其他几个小组正在研究土壤原生生物，以了解其群落组成、影响原生生物种群的因素及其与其他微生物的关系。