Tóm tắt
Dự án này được khởi xướng như một dự án khám phá nhằm nghiên cứu tiềm năng của tín w88 cảm biến số lượng vi khuẩn (QSS) như phương pháp xử lý thực vật nhằm nâng cao sức khỏe và sự phát triển của cây trồng trên đồng cỏ. Nó tìm cách thiết lập một bằng chứng về tính w88 quả của QSS trong việc cải thiện sự phát triển của thực vật và sự tương tác của thực vật với vi khuẩn đất. QSS là các tín w88 hóa học (acyl homoserine lactones) được tổng hợp bởi hầu hết các vi khuẩn gram âm. Vi khuẩn sử dụng những tín w88 này để điều chỉnh các hành vi đòi hỏi sự hợp tác của vi khuẩn, chẳng hạn như khi lây nhiễm sang vật chủ. Điều này đã được chứng minh là quan trọng đối với việc cây trồng bị nhiễm vi khuẩn gây bệnh (ví dụ vi khuẩn thối mềm) cũng như vi khuẩn cộng sinh, (ví dụ rhizobia). Các loài vi khuẩn khác nhau tạo ra các biến thể hóa học khác nhau của QSS.
Nền tảng của công việc này được thiết lập bởi nghiên cứu trước đây cho thấy QSS tinh khiết hoặc tổng hợp từ vi khuẩn có thể làm thay đổi biểu hiện gen ở thực vật khi áp dụng cho rễ (Mathesius et al., 2003). Điều này cho thấy thực vật có thể nhận biết các tín w88 vi khuẩn này và có thể sử dụng chúng làm tín w88 để phát hiện vi khuẩn bằng dấu w88 QSS của chúng trong vùng rễ và chuẩn bị cho các tương tác với các vi khuẩn này, dù là cộng sinh hay gây bệnh. Tuy nhiên, trước đây người ta chưa kiểm tra xem liệu khả năng phát hiện tín w88 và phản ứng ở cấp độ phân tử có làm thay đổi w88 suất của cây hay không.
Các nghiên cứu biểu hiện gen cho thấy các gen quan trọng trong việc bảo vệ thực vật, trao đổi chất và kiểm soát hormone bị ảnh hưởng bởi QSS. Điều này gợi ý rằng QSS có thể
(i) thay đổi phản ứng bảo vệ thực vật và do đó ảnh hưởng đến các tương tác tiếp theo của vi khuẩn thực vật và
(ii) ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa hormone thực vật có thể dẫn đến những thay đổi đối với sự phát triển của thực vật. Những giả thuyết này đã được thử nghiệm trên các loài thực vật đồng cỏ được chọn: Lolium perenne (cỏ lúa mạch đen lâu năm), Trifolium subterraneum (cỏ ba lá) và Medicago truncatula (thuốc thùng).
Trong điều kiện vô trùng và không vô trùng, những cây hoặc hạt này tiếp xúc với QSS tổng hợp được biết là do vi khuẩn đất/vùng rễ tổng hợp. Sự nảy mầm, tăng trưởng, nốt sần (nếu thích hợp) và tương tác tiếp theo của chúng với các vi khuẩn gây bệnh trong đất đã được đánh giá. Dự án đã thiết lập một bằng chứng về khái niệm rằng QSS nhất định có thể ảnh hưởng đến sự phát triển, sự nảy mầm của thực vật và sự tương tác của thực vật với vi khuẩn đất. Đầu tiên, áp dụng QSS nhất định giúp hạt nảy mầm nhanh hơn trong điều kiện vô trùng ở cả ba loài thực vật.
w88 quả phụ thuộc vào nồng độ và cấu trúc của QSS. Trong điều kiện không vô trùng, ảnh hưởng nhỏ hơn đến sự nảy mầm đã được thể hiện. Tuy nhiên, w88 ứng này chỉ là nhất thời và tốc độ tăng trưởng của cây không còn tăng nhanh sau một đến ba tuần tăng trưởng. Thứ hai, sử dụng QSS để bón hạt hoặc phun lá thông thường sẽ làm thay đổi sự phát triển của cây. Trong một số trường hợp, sự phát triển của lá và rễ (trọng lượng) tăng lên đáng kể nhờ áp dụng QSS. w88 ứng này một lần nữa phụ thuộc vào loài thực vật, cấu trúc của QSS và các điều kiện sinh trưởng và gợi ý sự nhận biết cụ thể về QSS của thực vật. Thứ ba, việc xử lý trước hai loại cây họ đậu, cỏ ba lá và cây thuốc, bằng QSS đã ảnh hưởng đến khả năng hình thành các nốt sần trong quá trình cộng sinh với rhizobia. Trong khi QSS không tăng cường sự hình thành nốt sần trong điều kiện tăng trưởng vô trùng thì nốt sần có thể được tăng cường trong các thí nghiệm đất bán vô trùng. Điều này cũng dẫn đến sự tăng trưởng thực vật được cải thiện. QSS được tổng hợp bởi các thể cộng sinh rhizobium cụ thể có w88 quả nhất trong việc tăng cường sự hình thành nốt sần, trong khi QSS khác lại không có w88 quả. Thứ tư, tác dụng của QSS đối với sự tương tác của thực vật với mầm bệnh nấm hoặc nấm oomycete đã được thử nghiệm. Các mầm bệnh được lựa chọn cho nghiên cứu này là những mầm bệnh đã được chứng minh là hạn chế sự phát triển của thực vật đồng cỏ và bao gồm Rhizoctonia solani AG 2.1, Phytophthora medicaginis và tuyến trùng sưng rễ (Meloidogyne javanica). Giả thuyết đằng sau điều này là việc xử lý bằng QSS có thể ảnh hưởng đến phản ứng phòng vệ chung của cây, từ đó có thể giúp cây chuẩn bị cho đợt tấn công tiếp theo của mầm bệnh.
Kết quả cho thấy không có tác dụng đáng kể nào của việc xử lý QSS đối với sự phát triển các u rễ do tuyến trùng sưng rễ ở cây thuốc, đồng thời làm giảm một chút số lượng gal và sự phát triển của cây ở cỏ ba lá. Cả hai loài đều bị nhiễm mầm bệnh này như nhau. Rhizoctonia solani dường như xâm chiếm cả cỏ ba lá và cỏ ba lá, nhưng cỏ ba lá không cho thấy sự ức chế tăng trưởng để đáp ứng với Rhizoctonia, trong khi cỏ ba lá bị ảnh hưởng đáng kể. QSS nhất định đã tăng cường sự phát triển của rễ cây cỏ ba lá bị nhiễm Rhizoctonia. Một số QSS nhất định có tác dụng có lợi nhỏ đối với thuốc bị nhiễm Rhizoctonia khi được sử dụng làm thuốc phun lá thông thường nhưng không có tác dụng khi bón hạt. Phytophthora medicaginis gây nhiễm nặng cho cây thuốc và làm chết cây trong vòng 1-2 tuần. Điều này đi kèm với việc sản xuất một loại flavonoid cụ thể trong rễ được sử dụng để theo dõi tình trạng nhiễm trùng. QSS chuỗi dài nhất định đã ức chế sự tích tụ flavonoid đó và làm giảm các triệu chứng ban đầu, nhưng không ngăn được tác động tàn phá cuối cùng của P. medicaginis.
Dự án này được thiết kế để tập trung vào nghiên cứu cơ bản về nhận thức của thực vật về QSS. Chỉ bốn năm trước đây, những báo cáo đầu tiên đã xuất hiện cho thấy thực vật có thể nhận biết và phản ứng với QSS. Vì vậy, nghiên cứu này vẫn đang trong giai đoạn khám phá, ứng dụng còn hạn chế trừ khi tiến hành nghiên cứu sâu hơn. Để thu được lợi ích từ nghiên cứu này, QSS cần phải được thử nghiệm trong điều kiện đồng ruộng với đất và cây trồng trên đồng cỏ ở địa phương. Nghiên cứu được thực hiện trong dự án này có thể hướng dẫn các thử nghiệm đó bằng cách cung cấp thông tin về QSS hoạt động có thể được thử nghiệm, cách chúng có thể được áp dụng cho cây trồng và những kết quả có thể mong đợi. Tuy nhiên, vì dự án này phát hiện ra rằng phản ứng của thực vật với QSS phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc và nồng độ chính xác của QSS, cũng như vào điều kiện tăng trưởng và các loài thực vật được nghiên cứu, nên rất khó dự đoán kết quả cuối cùng của sự tương tác giữa QSS và thực vật trên đồng ruộng.
Những người nông dân quan tâm đến việc thử nghiệm QSS về tiềm năng tăng cường sự phát triển của cây trồng trên đồng cỏ của họ có thể hưởng lợi từ kết quả này. Nhiều QSS có sẵn trên thị trường và có thể được thử nghiệm dưới dạng xử lý hạt giống trước khi gieo cây cỏ vào đất. Điều này có thể tăng cường khả năng nảy mầm của hạt và có khả năng mang lại lợi ích cho cây trồng nhờ khả năng tiêu diệt mầm bệnh có trong các lớp đất trên cùng. QSS cũng có thể được thử nghiệm thêm bởi các công ty hạt giống hoặc các tổ chức nghiên cứu và phát triển. Ngoài ra, quan sát cho thấy cỏ ba lá không bị ảnh hưởng bởi Rhizoctonia solani AG2.1 trong các điều kiện được sử dụng có thể được nghiên cứu sâu hơn để xác định các yếu tố có thể khiến cỏ ba lá có khả năng kháng phần nào. Do việc áp dụng một số QSS nhất định đã nâng cao hơn nữa sự phát triển của cỏ ba lá bị nhiễm Rhizoctonia nên tiềm năng của chúng trong việc làm giảm bệnh nấm gây bệnh quan trọng này có thể được thử nghiệm thêm.
