Lebih banyak bakteria yang hidup di daun, lebih produktif komuniti tumbuhan • Alexander Markov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Botani, Mikrobiologi, Evolusi

Semakin banyak bakteria yang hidup di daun, semakin produktif masyarakat tumbuhan

Rajah. 1. Plot percubaan projek IDENT. Foto dari treedivnet.ugent.be

Eksperimen ke atas 54 kombinasi dari 19 spesies pokok di 216 tapak yang sama membenarkan ahli biologi Kanada mendapatkan data baru mengenai faktor-faktor yang mempengaruhi produktiviti komuniti tumbuhan. Eksperimen mengesahkan kesan positif kepelbagaian spesies masyarakat terhadap produktiviti, yang dianggarkan oleh kadar pertumbuhan pokok. Hasil utama kajian ini adalah demonstrasi hubungan antara produktiviti masyarakat dan kepelbagaian bakteria yang hidup di daun. Ternyata, hal-hal lain yang sama, pokok-pokok tumbuh dengan lebih baik apabila terdapat banyak mikroflora bakteria pada daun mereka.

Salah satu ciri utama ekosistem ialah produktiviti, yang boleh ditakrifkan sebagai kadar pengeluaran biomassa. Oleh itu, salah satu tugas yang paling penting dalam ekologi ialah mengenal pasti faktor-faktor yang mempengaruhi produktiviti (dan, oleh itu, jumlah sumber ekosistem yang boleh digunakan oleh manusia untuk tujuan ekonomi atau rekreasi).

Banyak sifat ekosistem, termasuk produktiviti dan ketahanannya, berkait rapat dengan kepelbagaian spesiestermasuk dalam komposisinya (lihat: Dalam komuniti yang pelbagai, haiwan kurang mendapat kepupusan, "Elements", 13 Mei 2009). Sebagai peraturan, kepelbagaian yang tinggi mempunyai kesan positif terhadap produktiviti. Ini dapat dijelaskan, contohnya, oleh fakta bahawa dalam komuniti yang pelbagai, terima kasih kepada pemisahan niche (lihat penukaran Niche), sumber-sumber alam sekitar digunakan lebih umum. Ini dipanggil "kesan pelengkap" (lihat: Kesan ekologi keanekaragaman hayati). Atau, mungkin, dengan turun naik keadaan, satu jenis atau yang lain tumbuh dan berkembang dengan lebih aktif, dan dalam masyarakat yang pelbagai dengan setiap keadaan alam sekitar terdapat kebarangkalian yang lebih besar bahawa terdapat spesies yang terasa sangat baik di bawah syarat-syarat ini (ini disebut "kesan pemilihan ").

Tetapi, alam sekitar, tentu saja, tidak cukup pertimbangan umum mengenai kesan kepelbagaian ke atas produktiviti. Untuk mewujudkan model ekosistem berfungsi dengan baik yang membolehkan seseorang meramalkan tindak balas mereka terhadap perubahan dalam alam sekitar, seseorang perlu mengetahui butiran: aspek aspek keanekaragaman hayati mempengaruhi produktiviti, apakah pengaruh kuasa, di bawah keadaan apa dan apakah mekanisme yang dilaksanakannya

Sebagai sebahagian daripada mencari pendekatan untuk menyelesaikan masalah global ini, Projek Penyelidikan Antarabangsa IDENT (Rangkaian Eksperimen Kepelbagaian Antarabangsa dengan Pokok) telah dilaksanakan sejak tahun 2009 di Kanada, Amerika Syarikat, Jerman dan Itali.Matlamat utamanya ialah mengkaji pengaruh pelbagai aspek keanekaragaman hayati terhadap pertumbuhan pokok, dengan penekanan yang diberikan pada peringkat awal pertumbuhan, iaitu, pada pokok-pokok muda. Dalam artikel yang diterbitkan di laman web jurnal pada 24 Mei Alam, Peserta projek IDENT yang bekerja di lapangan perintis berhampiran Montreal melaporkan hasil yang menarik yang menunjukkan kesan mikroba daun yang mungkin pada produktiviti komuniti pokok itu.

Dalam projek IDENT, butiran metodologi berbeza sedikit dari negara ke negara, tetapi idea umum adalah sama. Peserta projek menanam pokok dari pelbagai jenis dalam kombinasi yang berbeza di kawasan kecil yang sama (di Kanada saiznya adalah 4 × 4 m), dan kemudian mereka memonitor pertumbuhan bibit (Gambar 1). Pokok ditanam pada jarak 50 cm dari satu sama lain, yang sangat rapat. Ini membolehkan kita berharap bahawa pengaruh bersama akan bermula pada tahun-tahun pertama. Di setiap tapak, dengan demikian, 64 anak benih diletakkan. Masyarakat pokok yang ditanam di kawasan berbeza berbeza antara satu sama lain dalam dua cara: spesies dan kepelbagaian fungsi.

Kepelbagaian spesies hanyalah bilangan spesies pokok yang terdapat pada plot.Kumpulan Kanada menggunakan 19 spesies pokok: 12 tempatan dan 7 alien, tetapi disesuaikan dengan zon cuaca yang sama. Di setiap tapak, sama ada hanya satu spesies tumbuh (monokultur), atau campuran 2, 4 atau 12 spesies dalam perkadaran yang sama.

Kepelbagaian fungsian dikira atas dasar beberapa parameter yang mencirikan strategi ekologi atau peranan fungsi spesies dalam masyarakat. Parameter termasuk intensitas fotosintesis, kandungan nitrogen dalam daun, jangka hayat daun (dalam pokok-pokok malar hijau, angka ini adalah lebih tinggi daripada yang daun), ketumpatan pertumbuhan tipikal untuk spesies ini dan jisim daun per unit kawasan. Semakin besar perbezaan dalam indikator-indikator ini antara spesies yang tumbuh di tapak ini, semakin tinggi kepelbagaian fungsi masyarakat. Sebagai contoh, komuniti dua spesies birch mempunyai kepelbagaian fungsi yang rendah, dan komuniti satu spesies birch dan satu spesies pain adalah tinggi, walaupun kepelbagaian spesies dalam kedua-dua kes adalah sama dengan dua.

Para penulis menggunakan data dari 54 kombinasi pokok dengan pelbagai spesies dan kepelbagaian fungsi, masing-masing ditanam di empat bidang.Secara keseluruhannya, 216 plot dikira, di mana jumlah 216 × 64 = 13 824 pokok tumbuh. Hanya data mengenai pokok 36 dalam setiap persegi diperhitungkan untuk mengurangkan kesan kelebihan yang mungkin. Produktiviti setiap 216 komuniti dianggarkan dengan peningkatan ketinggian dan garis pusat batang selama lima musim dari masa mereka mendarat pada tahun 2009 hingga musim gugur tahun 2014.

Objektif utama kajian ini adalah untuk menilai kesan mikrobioma daun pada produktiviti masyarakat. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, disebabkan oleh perkembangan metagenomik yang pesat dan kajian aktif penduduk mikrob dalam pelbagai persekitaran, akhirnya telah menjadi jelas bahawa makhluk-makhluk mikroba di mana-mana secara radikal mempengaruhi banyak aspek kehidupan dan, mungkin, evolusi organisma makroskopik (lihat: Bakteria usus memengaruhi tingkah laku sosial tikus , "Unsur", 06/21/2016). Semakin dalam kesusasteraan saintifik terdapat rujukan kepada "holobiont" (lihat Holobiont), di mana mereka memahami makroorganisme bersama-sama dengan mikrobiota yang disertakan bersama dan yang dicadangkan untuk dipertimbangkan sebagai unit asas dalam ekologi dan biologi evolusi (lihat: Pilihan pasangan kawin pada haiwan bergantung pada bakteria , "Unsur", 11/12/2010).

Ia telah menunjukkan bahawa bakteria yang hidup di daun boleh menjejaskan kehidupan tumbuhan host dalam beberapa cara. Symbionts bakteria boleh melindungi tumbuhan dari patogen dengan bersaing dengan mereka atau mengawal selia pengeluaran bahan perlindungan oleh tumbuhan itu sendiri. Bakteria menjejaskan sintesis hormon tumbuhan (auxins, sitokinin) dan metabolisme tumbuhan, termasuk kerana keupayaannya untuk memperbaiki nitrogen atmosfera. Ia juga diperhatikan bahawa dalam tumbuhan yang sihat, mikrobiota daun biasanya lebih beraneka ragam berbanding dengan yang sakit dan terbantut. Begitu juga dengan microbiota usus manusia. Walau bagaimanapun, sehingga kini tiada data eksperimen langsung mengenai hubungan kepelbagaian mikrobiota daun kepada produktiviti masyarakat tumbuhan.

Para penyelidik yang dikumpulkan dari 216 plot mereka 620 sampel daun – satu sampel dari setiap spesies pokok di setiap tapak. Sel-sel bakteria dibersihkan dari daun, DNA diasingkan daripada mereka, dan komposisi populasi mikrob telah dinilai oleh urutan gen rRNA 16S bakteria. Secara keseluruhan, kira-kira 7,000 spesies bakteria ditemui yang terdapat pada daun dalam jumlah yang ketara.

Data yang dikumpulkan tertakluk kepada analisis statistik yang kompleks. Pertama, penulis menentukan apa komposisi komuniti bakteria bergantung kepada, iaitu jenis bakteria yang hidup di daun pokok tertentu. Ternyata faktor penentu utama di sini ialah jenis kayu. Hasil ini tidak dapat dipanggil tidak dijangka, tetapi sesuatu yang lebih menarik juga dijumpai: sambungan lemah tetapi boleh dipercayai antara kepelbagaian spesies pokok di kawasan dengan komposisi populasi bakteria daun pokok ini.

Adapun kepelbagaian spesis (bilangan spesis) bakteria pada pokok tertentu, ia juga berkait rapat dengan spesies pokok, serta "identiti fungsinya" (iaitu kompleks ciri-ciri fungsional yang disebutkan di atas). Di samping itu, kepelbagaian mikrob yang hidup di atas daun pokok yang diberikan secara langsung berkaitan dengan kepelbagaian fungsi pokok-pokok di kawasan tersebut.

Hasil yang paling penting dalam kajian ini adalah untuk mencari hubungan yang boleh dipercayai antara produktiviti komuniti tumbuhan dan kepelbagaian bakteria yang hidup di atas daun.Produktiviti masyarakat adalah sangat berkaitan dengan kepelbagaian spesies pokok: semakin banyak spesies tumbuh di tapak ini, semakin tinggi kadar pertumbuhan rata-rata pokok. Produktiviti juga bergantung kepada kepelbagaian fungsi pokok dan pada "identiti fungsian" mereka. Maksudnya yang terakhir, hanya berkata, bahawa masyarakat dengan dominasi pokok daun dengan intensitas fotosintesis yang tinggi lebih produktif daripada masyarakat dengan dominasi tumbuh-tumbuhan malar hijau dengan fotosintesis perlahan. Tetapi walaupun dengan semua faktor ini, hubungan positif antara produktiviti masyarakat dan kepelbagaian bakteria daun masih penting. Dalam erti kata lain, jika kita mengambil komuniti komposisi pokok yang sama, rata-rata, mereka akan berkembang lebih cepat, di mana kepelbagaian bakteria pada daun lebih tinggi (Rajah 2).

Rajah. 2 Hubungan yang paling penting yang dikenal pasti dalam kajian ini. Anak panah hitam menunjukkan hubungan positif, kelabu – negatif. Nombor dan ketebalan anak panah mencerminkan kekuatan ikatan tambahnya dan asterisk – tahap kepentingan statistiknya (+ – rendah, ** – sederhana, *** – tinggi). Kepelbagaian fungsian – kepelbagaian fungsian; Kekayaan spesies – kepelbagaian spesies; Identiti fungsional – identiti berfungsi, ciri kompleks,mencerminkan prestasi fungsi jenis pokok ini; Kepelbagaian bakteria daun – pelbagai bakteria kediaman daun; Produktiviti – produktiviti masyarakat tumbuhan. Sambungan negatif antara identiti fungsional dan produktiviti bermakna bahawa komuniti yang mempunyai dominasi pokok malar hijau dengan intensitas rendah fotosintesis, perkara lain yang sama, tumbuh lebih perlahan daripada komuniti dengan dominasi pokok-pokok daun dengan intensitas fotosintesis yang tinggi (walaupun fakta bahawa kepelbagaian bakteria pada daun dalam kes pertama adalah lebih tinggi ). Gambar dari artikel dibincangkan di Alam

Tidak seperti kepelbagaian daun daun mikroba, iaitu struktur (iaitu spesies bakteria daun yang berlaku di kawasan ini) tidak berkorelasi dengan produktiviti masyarakat. Ternyata pokok-pokok tidak benar-benar peduli apa jenis mikroba hidup di daun mereka, perkara utama adalah bahawa mikroba ini adalah pelbagai. Ini mungkin bermakna persatuan kepelbagaian mikroba dengan produktiviti dijelaskan lebih banyak oleh "kesan pelengkap" berbanding dengan "kesan pemilihan" (lihat di atas). Contohnyaia boleh diandaikan bahawa populasi mikroba yang pelbagai daun yang sihat membuat penggunaan sepenuhnya semua sumber yang terdapat pada daun dan niche yang berpotensi diakses oleh mikrob, dan oleh itu lebih sukar bagi mikrob berbahaya untuk menghasilkan semula daun tersebut. Sudah tentu, semua tekaan tersebut memerlukan pengesahan eksperimen.

Hasilnya konsisten dengan hipotesis bahawa pelbagai bakteria yang hidup di atas daun mempunyai kesan positif terhadap produktiviti masyarakat tumbuhan. Benar, penulis mengakui bahawa mereka masih tidak menerima bukti eksperimen yang ketat tentang kesan bakteria pada produktiviti. Untuk melakukan ini, mereka harus secara tidak wajar mengubah kepelbagaian bakteria di pokok-pokok, menjaga segala-galanya tidak berubah, dan melihat bagaimana manipulasi ini akan menjejaskan produktiviti. Walau bagaimanapun, kajian menunjukkan bahawa untuk membina model ekologi yang mencukupi dan untuk tepat meramalkan tindak balas ekosistem kepada perubahan keadaan, hubungan yang dikesan antara mikrobiota daun dan produktiviti mesti dikaji dan diambil kira.

Sumber: Isabelle Laforest-Lapointe, Alain Paquette, Christian Messier & Steven W. Kembel. Kepelbagaian bakteria daun mengaitkan hubungan tumbuhan dan hubungan fungsi ekosistem // Alam. Diterbitkan dalam talian 24 Mei 2017. DOI: 10.1038 / nature22399.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: