固氮菌讓植物變得更迷「人」

有些植物在缺氮時，會召喚固氮菌來幫忙。它們一同工作形成根瘤，不只是對自己有利，也讓相同區域的其他植物一同受惠。這個現象，在《戰國策》裡面就提到大豆可以與冬麥輪作，而到了清朝，王筠就以「細根之上，生豆累累」來形容根瘤。

但是，過去針對固氮菌的許多研究，都是著眼在植物的產量。如《農桑要旨》提到在桑樹之間種大豆，「明年增葉二、三分」。固氮菌對植物還有什麼好處呢？最近的一個研究告訴我們，土壤中的細菌可以幫助植物吸引更多的授粉者！聽起來很神奇對吧？讓我們一起來看看！

在這個研究裡，研究團隊選擇了以振動授粉的蜜蜂（buzz-pollinating bees）為主要授粉媒介的熱帶豆科植物 Chamaecrista latistipula。它在每天早上06:30 到 14:00開花，花朵只提供花粉作為報酬給授粉者，它具有有孔裂的花藥（poricidal anthers），這是振動授粉系統的典型特徵。

研究團隊設計了一個 2x2 的實驗，操縱了固氮菌的存在與否以及土壤類型(貧瘠沙土vs富含氮的有機土),觀察植物的生長和開花情況。

研究團隊採用了新鮮的根瘤接種方法。他們從野外生長的 C. latistipula 的根系中收集新鮮的根瘤，然後將這些根瘤壓碎並浸泡在蒸餾水中，製成接種液。

這些接種液被倒在實驗植物的土壤上，分別在播種後的第 1 週和第 2 週各一次。

雖然他們沒有對細菌進行精確的分類鑑定，但根據先前的研究，這些根瘤中的細菌被認為是 Bradyrhizobium 屬的種類。

他們發現，在貧瘠沙土中，接種固氮菌的植物表現最佳：生長更高大、產生更多花蕾和花朵、花密度更高、花朵顏色對蜜蜂視覺的對比度更強，開花時間更早且穩定。而缺乏固氮菌的植物，無論土壤類型如何都表現不佳，幾乎不開花。

有意思的是，在富含氮的有機土中，即使接種了固氮菌，植物的表現也不如貧瘠沙土中接種固氮菌的植物。檢查根部發現，在貧瘠沙土中，接種固氮菌的植物產生了大量根瘤，比在富含氮的有機土中多5500%。

他們發現，固氮菌對花朵視覺吸引力的影響主要體現在近距離信號(色度對比)上，而非長距離信號(亮度對比)。

所有這些變化都讓蜜蜂更容易注意到這些花朵，也更喜歡來這裡採蜜和授粉。這就像是細菌幫助植物打扮得更漂亮，讓它在「蜜蜂party」上更受歡迎！

這些結果意味著固氮菌對 C. latistipula 的生長和繁殖非常重要，特別是在貧瘠土壤中。

再者，高氮環境可能抑制了植物與固氮菌的共生關係，從而影響了植物的生長和開花。這在過去的研究上已經發現過了。

另外，他們也發現，地下共生關係(植物-固氮菌)對地上共生關係(植物-授粉者)有顯著影響。

總而言之，自然界中，看不見的微小生物可能對我們能看到的生物有巨大影響；而過度使用化肥可能會破壞這種天然的平衡。

所以，下次當你看到一隻忙碌的蜜蜂在一朵美麗的花上工作時，別忘了，可能是土壤中的細菌小夥伴在默默幫忙呢！

這個研究提醒我們，自然界中的一切都是相連的。保護環境，從關心腳下的土壤開始，因為健康的土壤孕育美麗的花朵，也吸引更多的授粉者，讓我們的生態系統更加豐富多彩！​​​​​​​​​​​​​​​​

參考文獻：

Souza, C., Valadão-Mendes, L. B., Schulze-Albuquerque, I., Bergamo, P. J., Souza, D. D., & Nogueira, A. (2024). Nitrogen-fixing bacteria boost floral attractiveness in a tropical legume species during nutrient limitation. American Journal of Botany, 111(4), e16363. https://doi.org/10.1002/ajb2.16363