[微小说]根际大战——守护圣树

    科技2025-02-14  10

    在土壤世界中,生活着无数的生灵,其中“根际圈”是这个世界的中心,在这里生活的“微生物”数量庞大、密集且种类繁多。它们依靠“圣树”而活,圣树与它们签订了契约:微生物保护圣树不受“病原菌”的侵害,圣树则提供各种各样的“奇异果实”促进族群的生长壮大。

    一天,芽孢杆菌爷孙俩正趴在圣树根脚大口朵颐着圣树长出的奇异果实。

    “娃啊,多吃糖可以快点长大,多吃氨基酸和有机酸可以帮你生产更多的‘抗生素’打击病原菌提高你的战斗力。”

    “爷爷,我们为什么要保护圣树呀”

    “圣树是我们的家,我们保护圣树,也是在保护我们自己”

    “那我们能打败病原菌吗?”

    “它们是不可能被消灭的,我们在变强,敌人也在变强,我们的目标是要压制病原菌的繁殖,以防它们伤害圣树,我们是抵御病原菌入侵的第一道防线”

    前方战线

    “报告将军,有新的病原菌入侵了我们这里”

    “不用担心,圣树已经激活了免疫系统,分泌了大量的苹果酸,特异性地促进了有益菌组的生长,多种有益菌与它们的共生菌已经联合组建了战斗集团。”[1]

    这时已经有浩浩荡荡的青枯菌和黑粉菌大军对根际圈发起了进攻。

    根际圈的有益菌们已经紧急聚在一团进行战斗动员。

    军团长肯定的说道:“根据以往的经验,我们需要组成具有合作性高(资源利用连接度高)、内部竞争小(资源利用嵌套度小),并对外部病原菌形成强大的竞争优势(与病原菌资源利用重叠度高)的功能菌群才能高效阻止病原菌入侵。”

    军团幕僚连忙说:“上一次病原菌的入侵,其初始种群规模很大,经过一番的抵御战斗后,将病原菌抵挡在外。但经过那次战斗的影响,我们的微生物群落多样性降低,病原菌的入侵也导致了部分与病原菌相似营养偏好的种群灭绝,丰度大大降低[2],属下担心这些种群这次会消极避战,影响军心。”

    军团长回应道:“这也是没有办法的事,战争怎么会没有牺牲,它们已经逐渐失去了原有的生态位,优胜劣汰是自然法则。”

    “报——前方发来讯报:‘中立’派和病原菌沆瀣一气混在一起了”

    “可恶,这些‘中立’派为什么会支持病原菌,帮助它们大量的繁殖?”幕僚恼怒道。

    “中立派虽然对我们没有危害,但它们能提供病原菌生长发育所需的营养,而且源源不断。”军团长平静的回答道。

    “我们应该切断病原菌与它们的联系。”

    “暂时没有好的方法切断它们的联系,不过我们可以找出它们,抑制它们生长,等到它们生物量降低到一定程度就对病原菌没有太大的帮助了。”

    “又报——前方发来讯报,病原菌们起内讧了,青枯菌分泌了大量的邻氨基苯甲酸抑制黑粉菌的生长,抢先占据了有利的生态位”

    军团长立即发布指令:“让所有细菌启动TrpEG系统,生产大量的邻氨基苯甲酸,我们先干掉一个敌人再说”

    “幕僚团,这次我们有什么行动计划?”

    其中一名幕僚说:“这场战争我们的具体方针就是提高有益菌的素质、拉拢中间派、孤立病原菌”

    又有一名幕僚说道:“通常我们的做法是,释放大量的特异性较高的铁载体,减少环境中可螯合的铁含量,让病原菌释放的铁载体无法螯合铁,病原菌生产的铁载体也就被浪费了,消耗了自身的资源反而没有获得足量的铁,此消彼长之下我们的胜算更大”[3]

    “我们的增援呢?”

    “噬菌体已经开始大规模感染青枯菌了,青枯菌的生存能力有所降低,但长时间的共进化作用已经使得青枯菌对噬菌体的抗性增强”

    “微生物组现在情况如何?”

    “将军,我们将微生物群组进行了分工,将不同的生产步骤分给不同的成员,减少了单一种群的负担,同时将微生物组系统模块化,可以独立的调整、修改和替换,提高了资源生产效率,占用了病原菌的生态位,让病原菌无处生存”[4]

    “很好,听说我们有新的武器装备了”

    “是的,我们改装了‘铁载体’,在铁载体上装了‘炸药’,病原菌一吸收铁载体就嗝屁”

    “我们也需要铁载体螯合铁元素,会不会误伤?”

    “不用担心,铁载体有很多类型,我们自己用的铁载体特异性高,而且病原菌分泌铁载体会降低自身的致病性,战斗力降低”

    “再报——前方防御战线已经大规模失守,病原菌已经入侵到圣树根系”

    “怎么会这样?”军团长震惊的说道。

    “这次的敌人更强了,有益菌产生的抗生素没有效果,病原菌分泌了大量蛋白质和糖类包裹自身形成生物膜,阻挡了抗生素”

    “再再报——病原菌已经突破第二道防线进入圣树体内了”

    “怎么会?圣树的表皮那么坚硬”军团长有些慌张。

    “将军,您忘了?圣树它是一株番茄,体内木质素和纤维素含量比较低,含水量很高,极易感染”

    圣树体内寄生的微生物也开始抵御病原菌,圣树加快了分泌各种奇异果实,供给有益菌群生长,大量的有机酸提高了磷、钾、铁元素的有效性,圣树分泌的大量氨基酸为微生物组群提供氮源,各种糖类为微生物组群提供碳源[5],同时还有促进生化反应的各种酶类。

    此时,一丝曙光透过土壤表面冷凝的水珠,七彩的光芒照亮了黑暗的地下世界。军团长这才恍然大悟,原来已经天亮了,黎明带来了希望,同时也带来了力量。

    “兄弟们,天亮了,圣树开始光合作用了,可以为我们提供源源不断的营养,不用害怕补给跟不上,现在又是一天中最冷的时候,病原菌活性降低,还等什么,上刺刀,冲锋!”

    草芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌开始和病原菌短兵相接,有益菌直接吸附在病原菌菌丝上,产生溶菌物质消解菌丝体,使菌丝断裂、解体,同时使病原菌的原生质暴露出来,抗生素直接对原生质杀伤。

    战场上尸横遍野,无数有益菌与病原菌的残骸被其他微生物吸收利用,经过分解转化成养料又供给各自的军团,一部分的养料被圣树吸收利用,促进圣树的生长发育。

    “爷爷,你不要死啊。”

    “娃啊,不用担心爷爷,爷爷不会死,爷爷的身体会成为你们成长的养料,爷爷的精神……只要你一直记得爷爷,爷爷就一直活着”

    战场上一片狼藉,芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、青枯菌、黑粉菌的尸体残缺不整,四处残留着抗生素、有机酸、蛋白酶……

    捕食者原生动物也加入了战场,它们是占据绝对优势的微型真核生物,主要捕食细菌,原生动物的选择性捕食重塑了根际微生物的组成,同时它们促进了有机物的矿化,给有益菌提供充足的补给。

    胜利的天平开始向有益菌一方倾倒,越来越多的其他微生物群占领病原菌的生态位,病原菌大势已去。

    “我们又赢了”

    “是啊,我们又赢了”

    (完)

    参考文献

    [1] Berendsen Roeland L, Vismans Gilles, Yu Ke, SongYang, de Jonge Ronnie, Burgman Wilco P, Burmølle Mette, Herschend Jakob, BakkerPeter A H M, Pieterse Corné M J. Disease-induced assemblage of aplant-beneficial bacterial consortium.[J]. The ISME journal, 2018,12(6).

    [2] Mallon C A, Le Roux X, van Doorn G S, Dini-Andreote F,Poly F, Salles J F. The impact of failure: unsuccessful bacterial invasionssteer the soil microbial community away from the invader's niche.[J]. The ISME journal, 2018,12(3).

    [3] Saha M, Sarkar S, Sarkar B, et al. Microbialsiderophoresand their potential applications: a review[J]. Environmen  tal Science and Pollution Research,  2016,23(5):3984-3999.

    [4] Tsoi Ryan, Dai Zhuojun, You Lingchong. Emerging strategiesfor engineering microbial communities.[J]. Biotechnology advances, 2019,37(6).

    [5] Chunlan Yang, Yue Dong, Ville‐Petri Friman, AlexandreJousset, Zhong Wei, Yangchun Xu, Qirong Shen. Carbon resource richness shapesbacterial competitive interactions by alleviating growth‐antibiosistrade‐off[J]. Functional Ecology, 2019,33(5).

    ——文章来自2020级硕士研究生张宇

    本文由作者阅读南农LorMe微信公众号,将学习到的知识点(能看懂的),串接、编著而成的微小说。尝试将专业的知识用通俗易懂的方式展现给大家,第一次尝试小说的文体形式,希望大家给出改进的建议。

    本文借战争题材,纪念在革命中牺牲的先辈们,感谢他们为我们美好的生活做出的努力与奉献,让我们能够在和平年代专心从事科学研究。在国庆节之际,祝伟大的祖国母亲生日快乐,愿您永远繁荣昌盛!

    封面、插图:张耀予

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