“蜜罐”里的微生物

廖鑫鳳

微生物是生物世界的主角，盡管多數(shù)時(shí)候并不為我們所見，但它幾乎占據(jù)著地球的每一個(gè)角落。包括人類在內(nèi)的所有生物，也毫無(wú)例外地成為它們的居所，只要有空隙的位置就有它們的生存之地。

幸好，絕大多數(shù)微生物在與動(dòng)物（包括人類）共同演化過(guò)程中，已經(jīng)學(xué)會(huì)了與我們和平共處，甚至還學(xué)會(huì)了適應(yīng)動(dòng)物創(chuàng)造的不同微環(huán)境。例如腸道微生物，它們需要忍受動(dòng)物體內(nèi)缺氧的環(huán)境并在其中獲取食物求得生存。

這些與動(dòng)物共存的微生物被統(tǒng)稱為動(dòng)物的微生物組。同動(dòng)物一樣，植物也擁有自己的微生物組，在植物暴露出來(lái)的所有地方也都有微生物在其中棲息。在葉面、根際等相對(duì)來(lái)說(shuō)寬廣的區(qū)域中，環(huán)境中的微生物會(huì)從周圍涌過(guò)來(lái)，然后在上面定居。

居住在葉際的微生物大多沒有獲得來(lái)自植物的饋贈(zèng)，它們只能消耗葉面從環(huán)境中捕獲的物質(zhì)。但植物中也有一個(gè)充滿營(yíng)養(yǎng)的去處可供微生物棲息，那就是花芯的花蜜處。它是植物給傳粉者提供的開放報(bào)酬，里面充滿了糖分，去訪花就能獲得。

這樣一個(gè)開放的平臺(tái)，自然也能從環(huán)境中或者傳粉昆蟲身上獲取微生物，而花蜜中的這些微生物就相當(dāng)于是泡在“蜜罐”里長(zhǎng)大的，所以要想知道“蜜罐”里長(zhǎng)大是個(gè)什么體驗(yàn)，問(wèn)它們就對(duì)了！

在“蜜罐”中生存絕非易事

不過(guò)，要想在這個(gè)“花蜜蜜罐”中生存也不容易，住在其中的微生物需要面對(duì)嚴(yán)峻的生存挑戰(zhàn)。

蜜中的高滲透性環(huán)境就是其中一道難關(guān)。我們都知道買的蜂蜜不容易變質(zhì)，是因?yàn)榉涿鄹吆橇康膶傩詣?chuàng)造了一個(gè)對(duì)微生物不利的高滲透環(huán)境，要想在其中生存恐怕不比在高酸的胃液中生存容易。盡管濃度沒有蜂蜜高，但植物中的花蜜同樣也是高滲透環(huán)境，微生物要想在其中生存就必須耐受這種環(huán)境。

除此之外，許多植物的花蜜中都含有有毒物質(zhì)。比如藍(lán)花楹與烏頭的花蜜是苦的，其中就含有有毒的生物堿，這對(duì)小型的傳粉昆蟲來(lái)說(shuō)是不耐受的，只有體形稍大的傳粉昆蟲才能獲取花蜜。同樣地，這對(duì)直接從環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微生物來(lái)說(shuō)可能也有毒性。

對(duì)植物來(lái)說(shuō)，在花蜜中生存的微生物也是小小的竊賊，因?yàn)樗鼈儠?huì)分解里面的糖分，消耗掉傳粉昆蟲的報(bào)酬，進(jìn)而降低花對(duì)傳粉昆蟲的吸引度。所以許多花蜜中都含有抗微生物的物質(zhì)。比如煙草的花蜜中含有獨(dú)特的花蜜蛋白，會(huì)抑制其中的微生物生存。

不過(guò)，盡管有重重壁壘在，花蜜還是被不少微生物占據(jù)了。科學(xué)家從花蜜中分離出了眾多微生物，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們似乎都能耐受高滲透、過(guò)氧化物和抗菌物質(zhì)。有不少微生物已經(jīng)完全適應(yīng)了花蜜中的環(huán)境，甚至像我們的腸道菌群一樣，還與植物形成了互利的關(guān)系。

對(duì)植物來(lái)說(shuō)，在花蜜中生存的微生物也是小小的竊賊，因?yàn)樗鼈儠?huì)分解里面的糖分，消耗掉傳粉昆蟲的報(bào)酬，進(jìn)而降低花對(duì)傳粉昆蟲的吸引度。所以許多花蜜中都含有抗微生物的物質(zhì)。比如煙草的花蜜中含有獨(dú)特的花蜜蛋白，會(huì)抑制其中的微生物生存。

例如，在歐洲早春開花的一種鐵筷子中，花蜜中的酵母菌就靠分解花蜜生活，但它們的分解活動(dòng)也產(chǎn)熱，可以給早春開花的鐵筷子花朵增溫，進(jìn)而提高鐵筷子的結(jié)實(shí)率。

有時(shí)候兩者還會(huì)和諧到互相成就，例如在甘青鐵線蓮中的一種酵母在代謝花蜜時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種獨(dú)特的可揮發(fā)性氣味，這會(huì)成為雄蜂過(guò)來(lái)訪花的信號(hào)，介導(dǎo)了植物與傳粉昆蟲的互作過(guò)程。

盡管我們知道花蜜中的微生物可以與植物和諧共存，但我們對(duì)它們耐受花蜜環(huán)境的機(jī)制仍然不是十分清楚。一個(gè)顯而易見的問(wèn)題就是雖然花蜜中富含碳水化合物（糖），但其中缺乏氮素，沒有蛋白，微生物是如何解決營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題的呢？

吃點(diǎn)花粉營(yíng)養(yǎng)均衡

這個(gè)問(wèn)題一直困擾著科學(xué)家們：花蜜中雖然有微量的氨基酸，但微生物在其中的生長(zhǎng)密度能達(dá)到每毫升109個(gè)細(xì)胞，明顯是不夠生存所需的。

于是科學(xué)家想到了花蜜中的花粉?；ǚ鄣淖匀簧⒙渑c傳粉昆蟲的活動(dòng)都會(huì)將花粉帶入花蜜中。而花粉富含蛋白質(zhì)和酶，蜜蜂在繁殖期甚至還專門采取花粉來(lái)育兒，此前就有研究證實(shí)花蜜中的花粉能促進(jìn)其中微生物的生長(zhǎng)。

但花粉外面被保護(hù)性的孢粉素包裹著，花蜜中的微生物如何獲取其中的營(yíng)養(yǎng)呢？

最新的研究發(fā)現(xiàn)，花蜜中的微生物不是直接攻城略地，而是讓花粉自己萌發(fā)，繼而從外殼中出來(lái)。

研究人員選擇了一種常見的植物——花菱草，先讓花粉直接跟花蜜中的常見微生物接觸，挑選出了7種微生物接種在花粉溶液中，并在接種后第15、45和90分鐘對(duì)它們進(jìn)行成像，捕捉花粉的動(dòng)態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明不同微生物種類和菌株對(duì)花菱草花粉萌發(fā)和爆裂的影響不同，屬于不動(dòng)桿菌屬的好幾個(gè)物種均可顯著誘導(dǎo)花粉萌發(fā)爆裂。

為了模擬真實(shí)的自然環(huán)境，研究人員還使用了接近花蜜濃度的30%蔗糖溶液來(lái)接種花蜜微生物，不動(dòng)桿菌屬在這樣的環(huán)境中也同樣顯著地促進(jìn)了花粉的萌發(fā)與爆裂。

那花蜜微生物有沒有從爆裂的花粉中獲得營(yíng)養(yǎng)呢？研究人員又做了另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，它們將培養(yǎng)不動(dòng)桿菌屬的初始濃度設(shè)置為花蜜中的正常密度，往其中加入已經(jīng)萌發(fā)的發(fā)粉和不能萌發(fā)的花粉，觀察兩種情況下微生物的生長(zhǎng)情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)24小時(shí)內(nèi)，加入萌發(fā)的花粉顯著促進(jìn)了不動(dòng)桿菌屬的生長(zhǎng)，它們的密度達(dá)到了用不能萌發(fā)花粉培育的兩倍，其中蛋白質(zhì)的含量也是加入不能萌發(fā)花粉培養(yǎng)基的兩倍。

至此，一條完整的證據(jù)鏈出來(lái)了，藏在花蜜中的不動(dòng)桿菌確實(shí)在以優(yōu)雅的方式吃花粉——它們沒有選擇跟花粉演化出的堅(jiān)硬外殼孢粉素硬剛，而是從內(nèi)部攻破它們，利用花粉萌發(fā)的自然機(jī)制來(lái)釋放出里面的蛋白質(zhì)，為花蜜這個(gè)缺氮的環(huán)境補(bǔ)點(diǎn)氮，從而促進(jìn)自己的生長(zhǎng)，并穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)花蜜這一個(gè)微小生態(tài)位。

這也證實(shí)了在億萬(wàn)年的演化過(guò)程中，花蜜也同我們的腸道菌群一樣，靠自己的環(huán)境篩選出了有適應(yīng)力的微生物。

不過(guò)，我們現(xiàn)在還處在了解這個(gè)微小世界的開頭，現(xiàn)在只知道花蜜中的不動(dòng)桿菌這一類微生物在通過(guò)吃花粉來(lái)補(bǔ)充自己的氮素，仍然不知道它具體的機(jī)制是什么，也許花粉萌發(fā)這一個(gè)精密的調(diào)節(jié)過(guò)程，我們也可以從微生物中找到線索。

更值得期待的是，花蜜中還有許多微生物在等著我們?nèi)ヌ剿?，比如其中的酵母菌，它們與不動(dòng)桿菌的生存策略可能完全不同，它們不爆破花粉，甚至還抑制花粉萌發(fā)。那么這些微生物又是如何與花蜜、傳粉昆蟲互相作用的呢？我們期待更多的探索結(jié)果出來(lái)。

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