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袁志林:探秘树木与微生物的“伙伴关系”
 
 
更新时间: 2017-12-01 14:15:59     来源: 中国绿色时报(2017-12-01)
 
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袁志林(右一)等在攀枝花采集栎树根系样品 袁志林供图

    微生物无处不在,但它们太小了,小到人类无法用肉眼观察,以至于人们对微生物的认识远远滞后于对大型动植物的认识,微生物主导的很多生态过程被视为“黑箱”。而中国林科院“第四届杰出青年”、亚热带林业研究所副研究员袁志林,从事这项“黑箱”研究已达15年之久,他的研究为我们认识树木与微生物之间的“伙伴关系”打开了一扇窗。

    袁志林自2002年攻读微生物专业硕士起,便开始研究植物共生微生物。2005年硕士毕业后,他应聘到位于杭州市富阳区的中国林科院亚热带林业研究所工作。工作期间,他拿下了浙江大学植物病理专业的博士学位,并到奥地利维也纳理工大学进修一年。

    在微生物领域,袁志林应该是典型的“科班”出身了。但他坦言,自己是到2012年后才真正悟出门道:“以前对林业了解不够透彻,脑子里只有生命科学的概念。现在发现,微生物只是载体,一定要多往林子里跑,多观察多研究,才能用微生物讲好林业故事。”

    的确,林学中的很多重大基础性科学问题都与微生物息息相关,特别是在森林生态、森林培育领域。

    土壤是微生物的大本营,聚集着数量众多的细菌、真菌、原生动物。这些年,袁志林率领课题组围绕林木根际微生物群落开展了多项研究工作。这些研究以内生真菌及微生物组资源和开发利用为导向,从表型、基因和生理等不同层次揭示了植物共生菌的作用和价值,旨在研发具有自主知识产权的新型微生物制剂,以期应用于林木促生、抗逆和生物防治。

    袁志林介绍说,土壤中的微生物种类特别多,有一些种类还不能进行人工培养。他们的做法是,从植物根际取样,把样品拿到实验室培养,从可培养的微生物群体中再筛选有研究价值的类群进行鉴定、研究,工作量非常大。

    黑化真菌是袁志林的主要研究对象之一,他从博士期间就开始关注这一类群。他们研究发现,黑化真菌广泛分布于植物根系组织,如针叶林、阔叶人工林、竹林植被等,特别是在干旱、盐碱地等极端环境下分布较多。研究表明,这种新型共生真菌可能对协同宿主植物抗逆至关重要。国内外已有研究表明,黑化真菌对植物具有显著的促生、耐盐和抗病效应,人们将这类真菌接种到黄瓜、玉米等农作物根际,以增强农作物的耐盐碱能力,提高产量。因此,袁志林认为,待技术成熟后,我们也可以开发出黑化真菌制剂应用于盐碱地农林业生产,以提高盐碱地绿化的生态效益和社会效益。

    “要将黑化真菌应用在树木上,目前还有一些困难需要解决。树木的实验周期长、根系木质化程度较高、个体差异大,做接种实验要比农作物复杂很多。另外,菌株有没有耐盐碱特效是一回事,能不能接种成功是另一回事,接种之后能不能竞争过土著微生物又是一回事。”袁志林说,课题组目前正在开展大量的接种试验,摸索更高效的接种方法,比如,在根系表面制造更多创面,以增加可供真菌侵染的表面积,提高接种效率等。

    此外,袁志林等还利用新技术解析了盐生植物根围、叶围和种围等生态位的真菌和细菌分布特征,绘制了微生物组草图,这为构建功能性人工合成菌群提供了关键线索,建立了一套获得微生物组天然群体培养物的方法体系,包括高通量绝迹稀释培养、直接发酵和直接提纯等。

    在研究林木共生真菌过程中,袁志林所率团队还意外分离出了一类麝香霉,这是我国境内首次发现有麝香霉分布,这种真菌能产生强烈的挥发性香味。据悉,2001年,美国科学家在全球率先发现麝香霉,他们认为,麝香霉主要分布于赤道附近。而袁志林团队先在云南西双版纳发现了麝香霉,后又在浙江凤阳山-百山祖自然保护区的白豆杉和百山祖冷杉中分离出了麝香霉,而且,在该保护区发现的麝香霉类群更为古老。由此说明,麝香霉在赤道以北早有分布。

 内生菌促进养分循环 袁志林供图

    “麝香霉对多种植物病原菌有明显的抑制或致死功能。它能有效缓解水果腐烂变质,对植物的土传病害也具有一定的防治功效,我们就想,以后可以通过人工培养麝香霉,开发成新型真菌源生物熏蒸剂。”袁志林认为,麝香霉是一种可遇不可求,非常有应用前景的真菌。实验表明,它对桃子、香蕉、苹果等水果的防腐效果非常好。但让人惋惜的是,人工培养条件下,麝香霉对营养要求非常苛刻,且活性强的菌株往往生长非常缓慢,远远达不到产业化利用的需求。

    袁志林是一个非常善于琢磨的人。为了从一个环境样品中培养出最大丰富度的微生物菌群,他提出了整合分离培养技术,即使用多种高营养和低营养的培养基,并添加多种活性物质,刺激“缓慢型”真菌加速生长、“快速型”真菌减速生长,并特异性富集某些真菌类群。通过这一方法,袁志林成功分离获得了一大批新颖的、未被描述的物种。他还发明了一种可高效特异性检测植物组织中内生真菌多样性的“环境PCR”方法。

    微生物,肉眼看不见,伸手摸不着,从事微生物研究不仅需要细心,更需要恒久的毅力和坚定的信念。在微信朋友圈里,袁志林曾这样感慨:“科学研究训练的是人直面问题的勇气和能力,就如同前面有一块石头,科研的思维是想办法怎么粉碎石头,而不是走捷径绕开石头。科研工作者要培养对科学问题的真诚,构建科学知识体系,诚实面对学科和个人知识体系中的空缺,一层层地探索、发现、排查和解决问题。”

    袁志林的科研路经历了漫长的孤独。2005年,他到亚热带林业研究所工作时,所里只有陈连庆研究员一位老专家从事微生物研究,2009年老先生退休后,更是只剩他一人,单枪匹马。对科研人员来说,孤独不可怕,可怕的是没有经费,没有项目。2011年10月评上副研究员之前,他申请课题受到极大限制,所幸他都扛过去了。

    2012年,袁志林可以独立申请项目,并作为硕士生导师招收研究生了,情况慢慢好转。他逐渐组建了自己的科研团队,申请到了国家自然科学基金面上项目“盐生植物特异性招募‘黑化’内生真菌的基础生物学研究”,以及国家自然科学基金青年项目“马尾松针叶内生真菌分解凋落物性能及生理生态机制”等重要课题,并取得了一系列重要成果。

    2017年8月,袁志林申请的《森林土壤微生物》项目获得国家自然科学基金“优秀青年科学基金”资助。 “优秀青年科学基金”也被称为“小杰青”,是国家杰出青年基金的铺垫性科技支撑基金。2012年以来,中国林科院共有5位优秀青年获得该基金的资助,袁志林成为其中之一。

 
(作者: 潘春芳 王建兰 宋平)        (编辑: 刘霞)    
 
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