具有共生能力的蓝藻细菌用于水稻的生物可持续栽培

每年，世界各地都要使用大量氮肥来维持水稻的种植。水稻所需的湿地栽培条件会导致氮的淋滤和污染淡水，对水生生境造成一系列不良后果。
ConsolaciónÁlvarez博士和维森特博士罗梅罗·罗梅罗博士从西班牙国家研究委员会（CSIC），提出了基于氮素固定的蓝藻的新型生物化ilisers的开发。稳定的植物 - 蓝藻共生可以在稻米作物中被利用，以刺激植物生长在没有合成氮肥的情况下。

大米是世界上消费最广泛的谷物。几个世纪以来，它不仅是世界上大部分人口的主要营养来源;它也是许多国家数百万家庭的主要经济活动。由于对水稻作物的这种需求，每年有数亿公顷的土地和世界上几乎三分之一的淡水供应被用于种植水稻。

大量的氮肥被用于维持水稻的生长;然而，植物吸收的化肥只占化肥总量的一小部分。大多数氮含量最终从水稻中流失，污染了水生系统。世界各地的许多组织提倡通过防止硝酸盐从水稻栽培中浸出来更严格地控制氮的损失，鼓励发展生态友好的施肥策略。

来自西班牙国家研究委员会(CSIC)的Consolación Álvarez博士和Vicente Mariscal Romero博士提出，利用植物-蓝藻共生关系优化一种更可持续的水稻种植方法，即水稻生物施肥。利用这种方法，可以与植物建立共生关系的固氮蓝藻作为水稻栽培的天然氮源。

大量的氮肥被用于维持水稻的生长;然而，植物吸收的化肥只占化肥总量的一小部分。

氮气损失如何影响水生系统
水稻通常在湿地栽培条件下生长，作物需要浸泡在水里，种植在温暖、阳光充足的地方，直到发芽的作物长到几英寸高。这种培养条件导致大量的氮在水中浸出，污染了水生系统。高浓度的氮会渗入溪流和河流，促进藻类生长，这种现象被称为富营养化。当藻类死亡和分解时，水中的有机物增加，导致细菌数量激增。微生物耗尽了水中所有的氧气，导致鱼类和水生生物死亡。

Álvarez博士和Mariscal博士认为，氮素固定的蓝藻可能自然地产生植物生长和发育所需的氮，从而降低过量氮气和硝酸盐浸出环境的风险，因为所有产生的氮素都基本上被植物消耗。该策略承诺高度的可持续性，只要蓝细菌和植物处于建立密切的共生关系的最佳条件下。

作为生物肥料的蓝藻:益处和局限性
蓝藻是一种不同的单细胞微生物组，以类似于植物的方式，能够能够使用来自阳光的能量将水和大气二氧化碳转化为生物质。该过程的副产物是氧气的生产。因此，在我们所知的情况下，蓝藻在进化和生活的历史上发挥了关键作用，因为它们负责大气的氧合。近年来，许多研究人员已广泛促进了作为水稻作物中的生物元素ilisers的氮素固定的蓝杆菌的使用。用于稻米作物的高湿度栖息地是促进与稻谷缔结的蓝藻生长，增强作物的健康。

然而，有一些缺点限制了蓝杆菌生物元ilisers的益处。例如，它们无法满足现代，高产各种水稻的氮气需求。虽然紫蓝杆菌生物纺菌器是用肥沃的生物量提供土壤，但除了一些选定的共生菌株外，植物后，植物仅可用于植物。此外，为了满足需求，水稻农民使用合成氮肥，这已被证明是作为任何天然氮固定的抑制剂，包括使用蓝细菌作为生物纺织梭菌。

念珠菌具有显著的固氮活性。

使用具有共生能力的菌株
并不是所有的固氮蓝藻菌株都能与陆生植物共生。增加大米蓝藻固氮的好处,这两位研究人员正在收紧的优化生化水稻植物和蓝细菌之间的相互作用,希望所选菌株的蓝藻细菌可能被用作替代目前使用的蓝藻biofertilisers。可持续种植水稻的理想情况是，即使在添加硝酸盐肥料的情况下，蓝藻菌株也能与植物组织紧密结合并茁壮成长。

Álvarez博士和Mariscal博士认为，具有共生能力的蓝藻菌株比其他非共生菌株更容易与水稻形成紧密的联系。这对夫妇通过研究共生倾向来验证他们的假设nostoc蓝藻菌株的能力，以联系和殖民水稻植物。他们测试了几种动物的相互作用nostoc在实验室条件下菌株，表明即使在黑暗中也会发生显着的氮固定活性。在共生态菌株和水稻植物之间的强烈关联提供的另一个优势是固定氮是更直接可用的水稻植物，而不是仅在死亡和腐烂的蓝杆菌生物量之后。当这些菌株用于稻田时，所有这些属性都很重要。他们的研究的有希望的结果导致了两位科学家将注意力集中在追求待鉴定在所测试的不同菌株中的高级结肠机。

nostoc puncteriforme.:一种很有前途的生物肥料
Alvarez博士和Mariscal Romero博士使用蓝藻细菌有机体模型nostoc puncteriforme.进一步调查植物 - 青霉菌共生。该对在受控实验室条件下检测了水稻与微生物的相互作用，以阐明分子和结构水平的水稻 - 蓝菌相互作用。借助激光扫描共聚焦显微镜（LSCM），可以同时观察到植物和蓝藻的技术，这两个研究人员和他们的合作者确定了这一点nostoc puncteriforme.在水稻根细胞的表皮细胞内形成菌落。蓝藻细菌通过特殊的丝状物实现了这一点，这种丝状物可以使它们牢固地附着在水稻根部;LSCM实验表明，接种蓝藻48小时后，根表面发生了较强的粘附，丝状物明显附着在根表面。即使在自来水冲洗后，蓝藻丝仍然附着在根部，证实了植物根部附着的强烈性质。随着接种时间的延长，该菌株对水稻根系的粘附率呈比例增加的趋势。所有接种的植株发育正常，在整个实验期间对植株的表型没有明显的负面影响，包括产生种子的能力。这项研究的作者认为，这种稳定的联系使水稻在缺乏无机氮的情况下茁壮成长。

未来发展
需要进一步的工作来更详细地评估氮素从共生相关的蓝藻转移到水稻植物的机制。未来研究的一个关键目标将是鉴定生物化学信号和植物 - 青僵结共生关系中涉及的代谢途径。一个假设球队想要测试是吗？是否nostoc菌株可能表达特定的水解酶，打破植物细胞壁，促进渗透nostoc。