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斯泰倫博斯大學(SU)的植物學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的植物與動物學系的植物學家發(fā)現(xiàn)了證據(jù),即最大的開普水生植物屬Oxalis與細菌屬芽孢桿菌形成了獨特的聯(lián)系,可幫助其固定空氣中的氮并實現(xiàn)非凡的發(fā)芽壯舉。
此外,他們證明了芽孢桿菌細菌已與這種共生關(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》雜志上,標題為“固氮細菌和Oxalis-垂直遺傳細菌共生的證據(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系統(tǒng)的第一份報告。
開普省以世界上最多樣化的植物群而聞名,擁有來自20個科的2100種,但人們對導(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)系如何運作?
從以往的工作,德雷爾的研究小組證實,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物種的營養(yǎng)和生殖器官中發(fā)現(xiàn)了細菌和真菌的集合體。
“我們發(fā)現(xiàn)細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)芽時會被種子排出。我們在粘液中發(fā)現(xiàn)的一些細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)生的有機酸。
該研究中鑒定出的最豐富的細菌中有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)測的冬季降雨季節(jié),使它有足夠的時間在地面上噴出足夠的生長量,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前研究的重點,而另一名研究生正在研究顯微鏡技術(shù),以查明這些內(nèi)生細菌是否確實存在于遍歷大多數(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)的生物多樣性簡直是小菜一碟。但為什么如此,仍然是植物學家試圖揭開的最大謎團之一。”
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