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求索回眸(4):谁是植物命运的主宰者?

已有 314 次阅读 2020-4-19 09:51 |个人分类:科研进展|系统分类:论文交流| 生态农业


1.根区土壤优势微生物主宰着植物的命运

 谁是植物命运的主宰者?

 大家的回答一定是:阳光,水和营养物质。有了这三者,植物就能生长。

 阳光,能提高空气和土壤温度,满足植物生长对温度的需要;有了阳光,植物光合作用就有了能源,再加上水和营养物质,植物就能进行光合作用,就能利用水和空气中的二氧化碳制造碳水化合物,植物就能生长,繁殖,地球表面就有了绿色。

 绿色植被形成了,动物就有食物,地球上就有了欣欣向荣的生物世界。

 光水营养元素,对植物来说,缺一不可。

 光水营养元素是植物生命的“缔造者”, 是建造植物体的“原料”和必须条件,但并不是植物命运的“主宰者”。

 除光水营养元素之外,还有一些神秘的力量控制着植物的生长与健康,控制着植物的“生老病死”。

 这些看不见的神秘力量,就是“植物的上帝”

“植物的上帝”,才是植物命运的真正“主宰者”。

 

 谁是“植物的上帝”呢?

 我们常常会看到一些令人不解的现象:在同一田块,有些作物生长正常,或生长茂盛,但有些却莫名其妙的枯黄,凋萎,甚至死亡了。从叶片和植株外表看,没有发现外伤,无害虫的危害症状。

 同一田块,光照,水分,土壤中的营养物质基本相同,为何植株生长状况和“命运”竟有天壤之别呢?

 

 从1999年开始,我们通过多年的研究,通过对辣椒,草莓,西芹,黄瓜,丹参,人参,西洋参,魔芋,附子,番茄等多种作物根区土壤微生物的分析,对土壤生物退化原因的系统研究,发现了一个非常重要且令人惊异的秘密:

 主宰植物命运,掌握植物“生杀大权”的并不完全是太阳,水和营养物质。

 真正掌握植物健康生长,或发病死亡的无形而神秘的力量,是植物根系周围土壤中数以亿计的肉眼无法看见的微生物。

 在植物根系密集分布区土壤中生活的微生物,在根系表面生息繁衍的微小生命,才是植物命运的主宰者。

 更准确的说,植物命运的真正主宰者,不是土壤中的所有微生物,而是上述土壤微生物中少数几种绝对数量多,所占比例较高的微生物。

 我们将这些微生物称为“优势微生物”

“优势”,指绝对数量多,所占比例高,是土壤微生物中的“多数民族”。

 

 土壤微生物,肉眼看不见,摸不着,但却神秘的存在着。只要温度、水分、养分及通气量适合,土壤微生物就分分秒秒、时时刻刻在不停生长繁殖,影响植物根系。

 难以计数的分布在植物根系表面、根系密集分布区内的优势微生物,像亿万个无形的铁钳,以“植物上帝”的身份,扼在植物的“咽喉”上,掌控着植物的“命运”。

 植物的“咽喉”就是根系。根系,就是植物的“胃肠”。

 根系是植物吸收营养物质的主要器官,是植物生长所需养分和水分进入植物体的必由之路和入口,决定着植物生长是否旺盛,是否健康。

 土壤中,微生物种类繁多,数量巨大,以亿为单位。每1克土壤中,微生物的数量就超过了地球上所有人的数量,且能以惊人的速度繁殖。有的细菌,十多分钟就繁殖1代。

 从田间随手抓起一把土壤,其中的土壤微生物数量就超过了几十个地球上的人数。

 我们的一只手,就可以轻松的托起了一个土壤微生物世界。

 

 土壤微生物与根系生活在同一环境中,有的微生物就附着定殖在根系表面,或定殖在根系内部,“以根系为家”,从根系上获得营养,与根系存在千丝万缕、极为复杂的关系。

 首先,根系为土壤微生物提供生存条件。

 根系是土壤微生物的“衣食父母”:根系以根系分泌物、根表面衰老死亡组织脱落物等形式为微生物提供“食物”。

 土壤微生物,特别是植物根系表面、根系密集分布区内的微生物,其需要的养分大部分来自根系。

 “近水楼台先得月”。离根系愈近,根系分泌物愈多,提供给微生物的“食物”愈多,微生物繁殖生长就愈快,微生物的“子孙”数量就愈多,微生物的子子孙孙对植物根系的 “作用”就愈强:或促进根系生长,使根系保持健康;或抑制根系生长,危害根系,甚至使根系腐烂死亡。

 离根系愈远,获得根系分泌物愈少,根系给微生物提供的“食物”愈少,微生物繁殖慢,微生物的子孙数量少,微生物对根系的影响也小。

 其次:微生物会对根系产生重大影响。有“良心”的微生物会促进植物根系生长,维持根系健康无病;“忘恩负义”的微生物会“恩将仇报”,抑制根系生长,有的甚至危害根系,破坏根系组织,导致根系腐烂。还有一些微生物,与根系“鸡犬之声相闻,老死不相往来”。

 在根系密集分布区的土壤中,尽管微生物与根系关系密切,但其对根系的作用还要通过土壤的传递才能完成;而附着定殖在根系表面的微生物,则直接与根系接触,对根系的作用更快,更直接,对根系的影响更大。

 

 微生物社会,与人类社会极为相似。

 人类社会中的人,简单分,有好人与坏人,还有不好也不坏的人。

 在土壤微生物社会中,按照对植物的作用和影响,微生物可大致分为三大类:好微生物,坏微生物,不好不坏的微生物。依此标准,可以将根区土壤中的微生物分为四类:

 有益菌,能促进植物根系及植物生长,提高植物抗病性;有害菌,能抑制根系及植物生长;病原菌,会导致根系发病腐烂;中性菌,对植物既无有益作用,也无有害作用。

 在土壤中,微生物与微生物之间也存在着复杂的关系:或相互支持:或相互拮抗,进行着你死我活的斗争:或和平共处。

 如果在植物根系表面、根系密集分布区土壤中大量生活的优势微生物是能促进植物生长的有益菌,则植物就“交了华盖大运”:这些微生物能促进根系发育,根系就发达,分布范围广,数量多,获取土壤中养分水分的范围大,对土壤中水分与养分的吸收能力强,水肥利用率就高,且健康无病,植物就生长快,健壮,产量高,品质优。

 如果这些优势菌还具有抑制病原菌和其他有害土壤生物的功能,那植物就“福上添福”了。

 具有促生和抗病抗虫作用的有益菌,能阻止土壤中有害菌及病原菌生长,抑制有害土壤动物生长繁殖,就能防止病虫害对根系的危害。就可以阻止能引起根系腐烂的病原真菌生长,防止根腐病发生;阻止根结线虫生长侵染,防止根结线虫侵染根系形成根结,减轻根结线虫病。

 这些有益微生物就成了根系的“健康卫士”和根系的“保护神”,那植物就更幸运了,不仅长得好,而且不得病,得小病,晚得病。

 如果这些植物就是人类栽培的农作物,那农民就高枕无忧了:无病无虫,高产优质,好运从天而降!

 

 但不幸的是,这样的好机会并不多。

 植物根系分泌物往往吸引并促进了一些有害微生物或病原微生物生长,或有害土壤动物生长,如根结线虫。这些有害或病原微生物会利用根系分泌物提供的 “食物”大量快速繁殖,很快成为在数量上占统治地位的“优势微生物”。

 土壤中的有害土壤动物,如根结线虫,也以根系为寄主生长,将寄主体内的“营养”耗尽,导致寄主生长缓慢或死亡。

 这些坏的微生物或土壤动物,“忘恩负义”,不仅不回报对它们有“养育之恩”根系,反而“制造”有毒代谢产物抑制根系生长,导致根系发育差,进而引起整株植物发育不良;或直接向根系“发难、进攻”,破坏根系组织,导致根系腐烂,丧失吸收水分和养分的能力,引起整株植物死亡。

 因此,植物能否生长,取决于太阳,水和营养物质。

 但是,植物能否健康生长,是否发病或死亡,却掌握在植物根区土壤、根表土壤中的微生物手里,掌握在这些微生物中数量多、实力强、占统治地位的几种“优势微生物”手里!

 我们利用多年时间,通过对10多种作物的系统研究,发现了一个不为大家熟知的秘密:

 在植物根区土壤、根表土壤中生活的优势微生物,决定着植物的命运,掌握着对植物的“生杀大权”。

2.土壤微生物管理决定土壤优势微生物的种类与数量

 从事农业生产和研究的人,一定要牢记

 农作物根区土壤优势微生物决定着农作物的命运!

 农作根区土壤优势微生物是决定作物命运的“上帝”。

 这是因为,农作物,就是人类栽培驯化了的自然界的土著植物。

 

 土壤中的微生物,数量惊人,种类繁多,与植物根系形影相随,不离不弃。

 从种子发芽、胚根生出开始,根系就开始了与土壤微生物的“无缝接触”,或友好相处,或无休无止的进行着抗击有害微生物“侵略、进攻”或“反迫害”战争。

 根系分布在、生活在、“浸泡”在土壤微生物的“海洋”中,无时无刻不在与土壤微生物打交道。

 根系利用根系分泌作为“食物”,“喂养”根系周围的微生物,控制着这些微生物的生长繁殖,“享受”着根系周围有益微生物及其“制造”的代谢产物对根系生长的促进作用或对根系的保护作用,同时,也“忍受”着根系周围有害微生物及其代谢产物对根系的抑制作用,对根系组织结构的破坏作用,以及病原菌发起的导致根系腐烂、发病的“毁灭性打击”。

 

 微生物与根系,不仅仅是“朝夕相处”,而是“分秒相处”,“一刻也不分离”。

 二者“唇齿相依”,想让根系与土壤微生物互不影响,除非海枯石烂。

 在二者的关系中,根系是 “因”,土壤微生物是 “果”。

 作物的种类决定着根系分泌物的种类;根系分泌物的种类决定着土壤微生物的种类与数量。

 有的作物,其根系分泌物能 “吸引”来有益微生物,并让有益微生物大量繁殖,犹如鲜花招来蜜蜂;有的作物,其根系分泌物却招引来有害微生物,并使其量繁殖,犹如大粪引来苍蝇。

 前一种作物,通常不发生“连作障碍”,后一种作物,则是“连作障碍”的受害者。

 根系常常“引狼入室”,“养虎成患”。

 根系分泌物“喂养”的土壤微生物往往成了植物根系的“掘墓人”,导致根系腐烂死亡。 

 要想让植物根系健康,农作物健康生长,不得病,少得病,得轻病,高产优质,就必须管理好土壤微生物,让土壤微生物社会健康和谐,朝着有利于植物根系健康生长的方向发展!

 想让土壤中的有益微生物成为优势微生物,就得从土壤微生物管理入手!

 让土壤中的有益微生物大量繁殖,并抑制有害微生物生长繁殖!

 让有益菌,有促生抗病抗虫作用的有益菌,成为土壤微生物世界强有力的“统治者”!

 让对植物友好的微生物成为根区土壤微生物社会的主流成员、优势微生物!

 

 还有更新的思路:从土壤中筛选具有抗病促生抗虫抗旱抗寒多种功能的有益微生物,通过大规模工业发酵制备具有生命力的活菌制剂,将这些功能强大的对植物生长有益的微生物作为肥料,直接施入作物根系周围土壤中,让这些“善于做好事”、“品德高尚”、功能超群的好微生物成为作物根区土壤微生物世界的“统治者”,则根区土壤中的坏微生物就没有好日子过了,就会不断减少或消失!

 

 上述目标如能实现,则植物根系必然健康,生长发育必然旺盛!

 植物根系生长健康,高产优质就是必然的结果。

 

 如何让植物根系土壤中的有益菌大量快速繁殖,成为根区土壤微生物世界的“统治者”? 

 我们已找到了启动土壤有益菌大量繁殖的开关,找到了使土壤有益菌大量繁殖的原料!

 我们已从中国西北极端生境中筛选到大量具有抗病促生多种功能的有益放线菌!

 我们已经实现了密旋链霉菌及娄彻氏链霉菌的工业化生产,菌剂的有效菌数已达到每克百亿的水平,菌剂已在10余种作物上取得了良好的田间效果!

 这两株放线菌是我们研究室分离筛选的具有自主知识产权的多功能放线菌。

 放线菌农用研究(1-22)就介绍了我们所发现的农用放线菌及其具有的多种功能。

 我们已经找到了利用生态学思路管理土壤微生物社会的技术,找到了能让植物根系快速生长、健康生活的植物的“铁杆好友”放线菌,找到了能使土壤微生物社会“长治久安”、“健康繁荣”的技术途径!

 

 只有土壤微生物世界健康了,繁荣了,植物根系才能健康强壮,植物才会健康茂盛,农药减量增效的目标才能实现,食用无农药污染水果蔬菜的美好时代才会来临!

 只有根系发达了,根系对土壤中水分和养分的吸收能力才会大幅度增强,水肥的利用率才能大幅度提高,化学肥料减量增效,灌溉节水增效的目标才能实现,绿色农业的愿望才能变成现实!

 植物根区土壤优势微生物不仅决定着植物的命运,也影响着化肥农药及灌溉水的“减量增效”,影响着食品安全,人类健康!

3.土壤微生物管理决定着现代农业的前途

 微生物决定着人类的命运。

 电镜下才能看到的 分子生物”新冠病毒,在2020年让14亿中国人的新年过得万分恐慌,痛苦。接着,让全球200多个国家进入紧急状态,200多万人感染新冠病毒,数以万计的人死亡,经济停摆。

 新冠病毒可能改变世界现状和格局!

 

 病毒,是最简单的微生物,没有细胞结构,核酸外包裹着一层蛋白质外壳。

 核酸和蛋白质都是生物大分子,故将病毒称为“分子生物”

 最简单、进化度最低级的“分子生物”病毒,控制着进化程度最高级的生物:人。 

 光学显微镜下才能看到的土壤微生物,较病毒进化程度略高级一点的“单细胞原核生物”细菌、放线菌,及进化程度更高级一点的多细胞真核生物真菌,控制着植物根系的生长与健康,进而控制和“主宰”着植物的命运,决定着地球陆地表面所有绿色植物的命运,决定着栽培植物-农作物的命运,决定着中国农业的可持续性,决定着现代农业的经济效益、社会效益及前途!

 

 这不是危言耸听。

 中国人口多,人均耕地面积有限,土地集约化利用程度高,在同一田块连续多年种植同一作物已成常态。如新疆棉花产区在同一田块连年种植棉花,工业番茄产区连年种植番茄,内蒙食葵产区在同一田块连年种植食葵已持续多年。

 在同一田块,连续多年高强度种植同一种作物,仅需要2-3年就会导致严重的土壤生物退化,土壤微生物异常,出现“连茬病害”,或“连作障碍”,“再植病害”。

 西甜瓜不能连茬种,草莓不能连茬种,多种经济作物不能连茬种,这是从事农业生产者的常识。

 工业番茄用于番茄酱生产。新疆的工业番茄种植已转移至内蒙。内蒙的食葵列当危害已成灾,就是铁证。

“连茬病害”的主要原因,就是土壤微生物种群结构失调或异常:对农作物有益的微生物数量大幅度下降,农作物的“朋友和支持者”数量愈来愈少,农作物的“敌人”,有害微生物数量大幅度增加,成为土壤微生物世界的“统治者”。

土壤连作障碍能否修复?土壤生物退化能否防止?决定着中国现代农业能否持续健康发展!

 

 土壤微生物管理的重要性已大于土壤养分管理、水分管理!

 土壤养分丰富,水分充足,但作物依然生长不良,病害不断,农药失灵,就是证据!

 

 当我们窥知了植物根区土壤优势微生物决定着植物命运这一秘密后,就要想方设法利用它,管理好土壤微生物社会,保护好我们赖以生存的农作物的根系,使其生长更好,病害更少。

 只要作物的根系发育良好,健康无病,农作物产量就会更高,品质就会更优!

 只有管理好土壤微生物,驾驭好土壤微生物,使土壤微生物更好为人类服务,才能使目前以化肥农药为主要生产资料的化学农业转入生态农业轨道,才能实现化肥农药的减量增效,才能生产出无农药残留的安全优质农产品。

 土壤微生物不可忽视!

 微生物不可忽视!

 新冠病毒已经给全世界人民上了终生难忘、永载史册的一课!

 

                      主要参考文献

1.段春梅,薛泉宏,呼世斌.连作黄瓜枯萎病株、健株根域土壤微生物生态研究.西北农林科技大学学报. 2010,38(4):143-150

2.王玲娜,薛泉宏,唐明.内蒙古芹菜根腐病病株和健株根域土壤的微生物生态研究.西北农林科技大学学报. 2010,38(8):167-181

3.申光辉,薛泉宏,张晶.草莓根腐病拮抗真菌筛选鉴定及其防病促生作用.中国农业科学.2012,45(22):4612-4626

4.何斐,薛泉宏,张忠良.核桃林下魔芋根区土壤微生物区系研究.北京联合大学学报.2014,28(2):26-32

5.何斐,张忠良,刘列平,崔鸣,薛泉宏.刺槐林魔芋健康高产的土壤微生态机制.西北植物学报.2015,35(2):0364-0372

6.何斐,张忠良,崔鸣,薛泉宏.魔芋根域优势真菌鉴定和化感作用及其生防放线菌的筛选.西北农林科技大学学报. 2016,44(4):157-167

7.何斐,张忠良,崔鸣,王东胜,薛泉宏.健康魔芋根表土壤优势细菌鉴定及其抗病促生作用.西北农业学报.2015,24(8):75-83

8.Fei He Zhongliang ZhangMing Cui Lie ping Liu Quanhong Xue.Soft rot disease alters soil characteristics and root-associated, culturable microbial community of Amorphophallus konjac.Journal of General Plant Pathology.January 2018, 84144–57

9.段佳丽,舒志明,魏良柱,付亮亮,薛泉宏.丹参红叶病发生的微生态机制.应用生态学报. 2013,24(7):1991-1999

10.陈杰,魏晓丽,王东胜,薛泉宏.马铃薯连作地健康株与病株根区土壤微生态特性比较.作物学报. 2013,39(11):2055-2064 

     注:署名黑体为通讯作者




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