當科學家們尋求使農作物更能抵抗疾病和氣候變化的影響時，他們正在轉向一個看似不太可能的“冠軍”：真菌。
具體來說，他們正在研究內生菌，這是一種生活在植物組織內部且對其宿主沒有明顯負面影響的真菌（或細菌）。然而，內生菌確實為植物提供了重要的保護，這就是為什麼研究人員正專注於如何將這些生物體商業化，以提高糧食安全。
都柏林聖三一學院的植物學家布萊恩·墨菲表示，儘管內生菌生活在組織內部，並且在植物界無處不在，但直到最近，科學家們才真正瞭解它們的存在。
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墨菲目前正在研究如何利用真菌內生菌來保護大麥免受致病真菌的侵害，並且最近在《生物控制》雜誌上發表了一些有希望的結果。
在這項研究中，墨菲和他的合作者種植了未經殺菌劑處理的大麥種子，以觀察10種真菌內生菌在預防或減緩疾病發生方面的效果。這些種子在各種培養基中培養，內生菌則以混合或單獨的方式施用。
他們發現，施用從都柏林生長的野生大麥中分離出的特定型別的真菌內生菌，可以抑制大麥種子傳播的感染髮展，而無需啟用植物自身的防禦系統。根據這項研究，未經過真菌處理的種子會感染一些最具破壞性的大麥病原體。
抑制病原體生長能力最強的內生菌型別也能夠減緩“全蝕病”的生長，這是一種也會影響小麥和燕麥的根部疾病。這可能意味著內生菌有能力作為更通用的“生物防治劑”，但研究人員在沒有進一步研究的情況下無法確定這一點。
田間試驗和“相容性庫”
這項研究引起了歐洲農業企業的興趣，墨菲的實驗室正在與一家大型公司非正式地合作，使其內生菌可供大麥種植者商業化使用。下一步是將研究從實驗室帶到田間試驗，這可能需要大約三年時間才能完成。
如果內生菌作為一種抗病劑的用途被證明是可行的，它可能在全球範圍內具有廣泛的適用性，因為大麥是世界第四大種植的穀物。
墨菲說：“我們不知道這些生物體在田間環境中會如何表現。我們希望一種或可能幾種內生菌的混合物能夠幫助植物，但我們無法預測結果。”
墨菲說：“另一個大問題是成本。”如果擴大生產比生產殺菌劑更昂貴，那麼商業化不太可能。但是，如果發展順利，內生菌的使用可以降低長期成本。
墨菲說：“由於我們正在用內生菌單獨塗覆每顆種子，我們可能能夠在土壤中擁有自我維持的（真菌）種群。”
在測試的10種真菌內生菌中，表現最好的兩種來自生長在沙質、淤泥質土壤中，鹽度相對較高且溼度較低的野生大麥。在實驗室中，在沙質和淤泥質土壤培養物中生長的內生菌比在人工培養基中培養的內生菌表現明顯更好。
研究表明，土壤條件在內生菌抑制感染的能力中起著重要作用。這也意味著內生菌在特定條件下最有效，這對將其商業化使用具有重要意義。在印度大麥上效果良好的真菌不一定能幫助在愛爾蘭種植的大麥，反之亦然。
為了克服這一限制，墨菲希望有一天能夠開發一個“相容性庫”，以幫助生產者將正確的內生菌與其特定的生長條件和作物品種相匹配。
內生菌不僅對抵抗致病真菌有用，它們還可以幫助植物在各種環境壓力下生存。在另一項實驗中，墨菲將植物暴露在乾旱、營養和病原體壓力下，以觀察內生菌是否可以幫助植物在多種不利條件下生存。
他說：“我們發現了驚人的好處。我們同時用這些壓力來攻擊這些植物，並且確實讓它們遭受了痛苦。經過內生菌處理的植物的存活率是沒有經過處理的植物的六倍。這簡直是生與死的區別。”
真菌幫助植物減少用水
在墨菲看來，真菌將成為“綠色革命”的關鍵參與者，這場革命將使全球農業擺脫對化學殺菌劑和化肥的嚴重依賴。
這種轉變的開端可能已經開始。在大西洋彼岸，西雅圖的研究人員正在推進內生菌的商業化，以使農作物更能抵抗預計會隨著氣候變化而變得更加常見的非生物脅迫。
非營利性研究公司Symbiogenics的創始人兼執行長拉斯蒂·羅德里格斯正在領導關於如何利用真菌內生菌幫助農作物更好地承受乾旱、高溫和高土壤鹽度的研究。
他說：“我們發現它們可以顯著提高這些植物的耐受性。內生菌使它們更有效率。”
更高效的植物需要更少的水和養分才能茁壯成長，從而減少了對化肥的需求，並減少了農田中釋放的一氧化二氮排放量。
與墨菲的研究中，內生菌的抗真菌病能力與植物生長的培養基型別有關不同，羅德里格斯表示，他研究中使用的真菌沒有此類限制。但是，內生菌確實需要針對特定的作物。
他說：“我們已經在許多不同的州，在不同的氣候和土壤條件下進行了田間測試，而且令人驚訝的是，似乎無關緊要。”
到目前為止，研究人員已經在包括大麥、小麥、玉米和大豆以及高粱、苜蓿和許多蔬菜在內的各種作物上測試了真菌。
羅德里格斯表示，經過大約一個世紀在農業中大量使用化學物質後，研究人員的重點正在轉移。
羅德里格斯說：“在未來幾年裡，農業的投入將會急劇減少。”
像墨菲的那些使用真菌代替化學物質來控制植物病害的研究也獲得了更多的商業支援。
至於他自己的研究，羅德里格斯預計，使用內生菌的產品線，名為 Bioensure，將在今年晚些時候上市。
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