袁志林:探秘樹木與微生物的「夥伴關係」

袁志林（右一）等在攀枝花採集櫟樹根系樣品 袁志林供圖

    微生物無處不在，但它們太小了，小到人類無法用肉眼觀察，以至於人們對微生物的認識遠遠滯後於對大型動植物的認識，微生物主導的很多生態過程被視為「黑箱」。而中國林科院「第四屆傑出青年」、亞熱帶林業研究所副研究員袁志林，從事這項「黑箱」研究已達15年之久，他的研究為我們認識樹木與微生物之間的「夥伴關係」打開了一扇窗。

    袁志林自2002年攻讀微生物專業碩士起，便開始研究植物共生微生物。2005年碩士畢業後，他應聘到位於杭州市富陽區的中國林科院亞熱帶林業研究所工作。工作期間，他拿下了浙江大學植物病理專業的博士學位，併到奧地利維也納理工大學進修一年。

    在微生物領域，袁志林應該是典型的「科班」出身了。但他坦言，自己是到2012年後才真正悟出門道：「以前對林業了解不夠透徹，腦子裡只有生命科學的概念。現在發現，微生物只是載體，一定要多往林子裡跑，多觀察多研究，才能用微生物講好林業故事。」

    的確，林學中的很多重大基礎性科學問題都與微生物息息相關，特別是在森林生態、森林培育領域。

    土壤是微生物的大本營，聚集著數量眾多的細菌、真菌、原生動物。這些年，袁志林率領課題組圍繞林木根際微生物群落開展了多項研究工作。這些研究以內生真菌及微生物組資源和開發利用為導向，從表型、基因和生理等不同層次揭示了植物共生菌的作用和價值，旨在研發具有自主智慧財產權的新型微生物製劑，以期應用於林木促生、抗逆和生物防治。

    袁志林介紹說，土壤中的微生物種類特別多，有一些種類還不能進行人工培養。他們的做法是，從植物根際取樣，把樣品拿到實驗室培養，從可培養的微生物群體中再篩選有研究價值的類群進行鑑定、研究，工作量非常大。

    黑化真菌是袁志林的主要研究對象之一，他從博士期間就開始關注這一類群。他們研究發現，黑化真菌廣泛分布於植物根系組織，如針葉林、闊葉人工林、竹林植被等，特別是在乾旱、鹽鹼地等極端環境下分布較多。研究表明，這種新型共生真菌可能對協同宿主植物抗逆至關重要。國內外已有研究表明，黑化真菌對植物具有顯著的促生、耐鹽和抗病效應，人們將這類真菌接種到黃瓜、玉米等農作物根際，以增強農作物的耐鹽鹼能力，提高產量。因此，袁志林認為，待技術成熟後，我們也可以開發出黑化真菌製劑應用於鹽鹼地農林業生產，以提高鹽鹼地綠化的生態效益和社會效益。

    「要將黑化真菌應用在樹木上，目前還有一些困難需要解決。樹木的實驗周期長、根系木質化程度較高、個體差異大，做接種實驗要比農作物複雜很多。另外，菌株有沒有耐鹽鹼特效是一回事，能不能接種成功是另一回事，接種之後能不能競爭過土著微生物又是一回事。」袁志林說，課題組目前正在開展大量的接種試驗，摸索更高效的接種方法，比如，在根系表面製造更多創面，以增加可供真菌侵染的表面積，提高接種效率等。

    此外，袁志林等還利用新技術解析了鹽生植物根圍、葉圍和種圍等生態位的真菌和細菌分布特徵，繪製了微生物組草圖，這為構建功能性人工合成菌群提供了關鍵線索，建立了一套獲得微生物組天然群體培養物的方法體系，包括高通量絕跡稀釋培養、直接發酵和直接提純等。

    在研究林木共生真菌過程中，袁志林所率團隊還意外分離出了一類麝香黴，這是我國境內首次發現有麝香黴分布，這種真菌能產生強烈的揮發性香味。據悉，2001年，美國科學家在全球率先發現麝香黴，他們認為，麝香黴主要分布於赤道附近。而袁志林團隊先在雲南西雙版納發現了麝香黴，後又在浙江鳳陽山-百山祖自然保護區的白豆杉和百山祖冷杉中分離出了麝香黴，而且，在該保護區發現的麝香黴類群更為古老。由此說明，麝香黴在赤道以北早有分布。

 內生菌促進養分循環 袁志林供圖

    「麝香黴對多種植物病原菌有明顯的抑制或致死功能。它能有效緩解水果腐爛變質，對植物的土傳病害也具有一定的防治功效，我們就想，以後可以通過人工培養麝香黴，開發成新型真菌源生物燻蒸劑。」袁志林認為，麝香黴是一種可遇不可求，非常有應用前景的真菌。實驗表明，它對桃子、香蕉、蘋果等水果的防腐效果非常好。但讓人惋惜的是，人工培養條件下，麝香黴對營養要求非常苛刻，且活性強的菌株往往生長非常緩慢，遠遠達不到產業化利用的需求。

    袁志林是一個非常善於琢磨的人。為了從一個環境樣品中培養出最大豐富度的微生物菌群，他提出了整合分離培養技術，即使用多種高營養和低營養的培養基，並添加多種活性物質，刺激「緩慢型」真菌加速生長、「快速型」真菌減速生長，並特異性富集某些真菌類群。通過這一方法，袁志林成功分離獲得了一大批新穎的、未被描述的物種。他還發明了一種可高效特異性檢測植物組織中內生真菌多樣性的「環境PCR」方法。

    微生物，肉眼看不見，伸手摸不著，從事微生物研究不僅需要細心，更需要恆久的毅力和堅定的信念。在微信朋友圈裡，袁志林曾這樣感慨：「科學研究訓練的是人直面問題的勇氣和能力，就如同前面有一塊石頭，科研的思維是想辦法怎麼粉碎石頭，而不是走捷徑繞開石頭。科研工作者要培養對科學問題的真誠，構建科學知識體系，誠實面對學科和個人知識體系中的空缺，一層層地探索、發現、排查和解決問題。」

    袁志林的科研路經歷了漫長的孤獨。2005年，他到亞熱帶林業研究所工作時，所裡只有陳連慶研究員一位老專家從事微生物研究，2009年老先生退休後，更是只剩他一人，單槍匹馬。對科研人員來說，孤獨不可怕，可怕的是沒有經費，沒有項目。2011年10月評上副研究員之前，他申請課題受到極大限制，所幸他都扛過去了。

    2012年，袁志林可以獨立申請項目，並作為碩士生導師招收研究生了，情況慢慢好轉。他逐漸組建了自己的科研團隊，申請到了國家自然科學基金面上項目「鹽生植物特異性招募『黑化』內生真菌的基礎生物學研究」，以及國家自然科學基金青年項目「馬尾松針葉內生真菌分解凋落物性能及生理生態機制」等重要課題，並取得了一系列重要成果。

    2017年8月，袁志林申請的《森林土壤微生物》項目獲得國家自然科學基金「優秀青年科學基金」資助。 「優秀青年科學基金」也被稱為「小傑青」，是國家傑出青年基金的鋪墊性科技支撐基金。2012年以來，中國林科院共有5位優秀青年獲得該基金的資助，袁志林成為其中之一。