原生生物是包括藻类和变形虫在内的一类广泛的单细胞生物，长期以来一直被视为各种微生物的“包罗万象”类别。由于其多样性和普遍性，原生生物在地球上几乎每个生态系统中都发挥着至关重要的作用。但直到最近，人们对其中一个角色知之甚少。
由康涅狄格大学的ChrisHawxhurst，LeslieM.Shor和DanielGage领导的新研究阐明了原生生物支持植物生长的一种方式：通过将有用的固氮细菌运送到它们的根系深处。该团队最近在《应用与环境微生物学》杂志上发表了他们的研究结果。
“'小型货车上的妈妈们把孩子从一个地方搬到另一个地方'的概念以前并没有真正展示过，”工程学院研究和研究生教育副院长肖尔说。多年来，她的研究一直专注于土壤生态系统，她称之为“非常复杂的”领域。
这个特定的项目在近十年前开始萌芽。分子和细胞生物学系本科研究和教育副主任Shor和Gage于2014年获得了比尔和梅琳达·盖茨基金会的种子资助，以探索原生生物在根部周围移动有益细菌的能力。
“这是我们第一次获得资金来研究使用原生生物故意混合或重新定位地下[土壤]中的细菌或其他东西的潜力，”Shor说。“这让我们第一次有机会更详细地研究这个问题-在那之前，这只是一个疯狂的想法。
化学工程博士生ChrisHawxhurst于2018年加入该项目。研究人员的跨部门合作为可视化土壤中微生物运动的挑战提供了一些创造性的解决方案。
盖奇的实验室专注于生物学，为实验提供了活体材料。JamieMicciulla当时是一名在实验室工作的细胞和分子生物学博士生，他种植了这些植物;博士后研究员查尔斯·布里奇斯(CharlesBridges)将细菌设计成红色的光芒，以便可以对其进行视觉追踪。盖奇将原生生物与他自己的后院隔离开来。
Hawxhurst和Shor实验室提供了工程专业知识，创造了使团队能够观察细菌在真实土壤系统中沿着生长根部运输的设备，以及将数千张单独的数码显微照片处理成有意义的空间数据所需的计算机程序。
研究人员发现，原生生物的存在显着扩大了有益细菌沿着Medicagotruncatula(也称为桶三叶草)植物根系的范围。他们对这种效应的发现为未来的实验铺平了道路，以证明原生生物在农业环境中的可靠性，如大豆田。
“大豆是一种主要作物，它们依赖于我们使用的相同类型的共生体;这些植物也与Medicago密切相关，“Gage说。“因此，可能使用这项技术的关键工厂之一将与我们已经在研究的东西密切相关。
农业种子通常接种有益细菌，旨在帮助植物的生长和恢复力。研究人员认为，用原生生物囊肿(原生生物的货架稳定静息阶段)来增强这种接种，可以通过确保它们到达植物最需要它们的地方来提高添加细菌的功效。
“那些添加到种子中的有益细菌可能永远不会离开它们在田间种植的区域-它们会粘在那里。这是一个巨大的问题，“盖奇解释说。
“而这种真正的绿色技术——没有病原体，没有重组DNA，这一切都只是简单的土壤生物学——如果出现这样的东西，可以让种子公司的产品更有效，提高农民的产量和利润，那么我认为市场可能真的很大。
Shor还对原生生物如何帮助促进全球向更可持续农业的转变持乐观态度。
“我们正在学习免耕农业实践，即每年不用联合收割机搅动土壤，更具可持续性，”她说。
“它允许土壤附着更多的碳，而更少的土壤碳转化为一氧化碳。2并最终进入大气层。但是为了让免耕农业发挥作用，你必须能够将东西穿过土壤并到达植物根部。因此，这种原生生物促进的运输技术还可以通过帮助你将有益细菌和你在表面应用以帮助植物生长的任何其他东西送到它需要去的地方来实现可持续性。
Gage和Shor是一个创新团队的真实例子：微生物学家和工程师共同努力，更好地了解结构如何在土壤系统中发挥作用。他们与康涅狄格大学的技术商业化服务(TCS)合作，保护与其技术相关的知识产权，该技术现已获得专利。
AnaFidantsef是TCS的行业联络员，也是植物生物学家，她对这项技术的潜力感到非常兴奋，并预计该行业将对此产生浓厚的兴趣。
“土壤微生物组是目前的一个热门话题，”Fidantsef说，“我们的专利绝对不仅可以揭示这个我们看不到的奇妙系统，还可以利用其复杂的丰富性进一步帮助我们养活世界。