《成都生物所在特异性根系分泌物组分所驱动的土壤C-N循环过程及其作用机制研究中获进展》

  • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: changjiang
  • 发布时间:2018-03-13
  • 森林根系分泌物输入在森林土壤生物地球化学循环过程中的重要作用已获得了广泛的认可和极大的关注。然而,目前有关森林根系分泌物生态学效应研究主要聚焦了根系C源输入,而有关根系分泌物不同组分对土壤C-N养分循环过程的特异性影响研究甚少,一定程度上限制了对森林根系-土壤-微生物互作过程及其生态重要性的深入认识。

    基于此,中国科学院成都生物研究所袁远爽博士在刘庆研究员和尹华军研究员的指导下,利用本研究团队自制的根际模拟装置(该技术装置已获得国家专利授权,专利号: 201720602562.2 ),针对性地选取了两种不同能量特性的根系分泌物组分(葡萄糖和草酸,前者能量远高于后者),研究了两种模拟根系分泌物组分输入对西南亚高山森林土壤 C-N 养分转化过程的影响效应与作用机理差异。前期研究表明,相比于能量较高的葡萄糖而言,能量较低的草酸诱导了明显的土壤正 C 激发效应而显著降低了土壤总 C 含量( Yuan et al.,2017; Plant and Soil ) 。进一步研究表明,两种根系分泌物组分通过调控了不同的非生物作用过程而驱动了差异化的土壤 N 转化过程。具体而言,草酸添加后打破了金属 / 矿物 - 有机复合体界面稳定性(降低了铁铝金属有机复合体 (MOCs) 和铁铝短程有序态 (SROs) 的含量),将被金属 / 矿物保护的有机质释放出来供土壤微生物和胞外酶分解利用,从而间接地促进土壤微生物对 SOM 分解,增加土壤 N 素的有效性。相反地, 葡萄糖添加却显著增加了土壤中铁铝金属 / 矿物 - 有机质复合体的形成,使得保护态的 SOM 很难被土壤微生物和胞外 N 转化酶直接分解利用,从而诱导了相对较小的 N 转化速率。该研究丰富了森林根系分泌物介导的生物地球化学循环过程及其作用机理的新认识。

    研究结果近期以题为 Impacts of oxalic acid and glucose additions on N transformation in microcosms via artificial roots 发表在国际土壤类期刊《 Soil Biology and Biochemistry 》上。该研究得到了国家重点研发计划项目,中国科学院拔尖青年人才项目和国家自然科学基金等项目的资助。

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    • 编译者:季雪婧
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    •     气候变暖导致的土壤微生物群落变化已经引起生态学界的广泛关注。然而,我们并不清楚由不同植物根系分泌物介导形成的宿主特异性的微生物群落是否对升温存在一致性的响应模式。     鉴于此,中国科学院成都生物研究所利用根系分泌物原位收集装置,采集川西亚高山森林3种常见植物(云杉、花楸、荚蒾)的根系分泌物,设计6个分泌物处理(3个单一植物分泌物+2个混合植物分泌物+1个对照)于室内3个温度条件(15 ℃、20 ℃、25 ℃)开展土壤添加实验,并采用高通量测序获取不同处理土壤的细菌、真菌和原生生物群落信息,评价土壤微生物对根系分泌物和温度的响应特征。研究发现:(1)相比根系分泌物,温度对土壤微生物alpha多样性的影响更大,其中细菌多样性随温度升高而降低,原生生物多样性随温度升高而增加,真菌多样性则对温度相对不敏感;(2)根系分泌物和温度共同决定了微生物的群落组成,但两者对微生物群落变异的解释程度在原核和真核微生物之间不同;(3)微生物网络对温度和根系分泌物存在不同的适应机制,温度通过增加网络连通性使其对环境更具反应性,根系分泌物则简化网络以降低其对环境的敏感性;(4)核心菌群对温度和根系分泌物的响应也不同,比如温度改变网络核心菌群的物种类型,根系分泌物则减少网络核心菌群的数量。上述结果显示了植物根系分泌物调控土壤微生物对温度响应的重要作用,并强调了在未来气候变化研究中纳入其他环境变量的必要性。相关研究结果于2024年7月16日以“Differential responses of soil bacteria, fungi and protists to root exudates and temperature”为题,在线发表于生物学1区期刊《Microbiological Research》(https://doi.org/10.1016/j.micres.2024.127829)。论文第一作者为成都生物研究所特别研究助理方楷(现在大理大学农学与生物科学学院工作),通讯作者为刘庆研究员和寇涌苹副研究员。本研究得到了国家自然科学基金(41930645,31971637,2171550,2201529)、四川省自然科学基金(2022NSFSC1777,24NSFSC2583)和中国科学院青促会项目(2021371)的联合资助。
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    • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:changjiang
    • 发布时间:2018-05-31
    • 植物将大部分光合固定的碳( C )分配到地下部分,除了通过根系分泌物和细根周转(即根系途径)进入到周围土壤中,还可将光合 C 转移到外生菌根真菌外延菌丝(简称外延菌丝)而输入到土壤中(即菌丝途径)。两种 C 源输入可通过不同的作用途径与机理来调控土壤 C- 养分循环过程,加剧了森林根系 --- 土壤 --- 微生物互作过程的复杂性和不可预知性。然而,目前的试验研究和理论模型大都将根系和外延菌丝视为一个整体进行考虑,使得很难精准区分和辨识森林根系 / 外延菌丝活动对土壤 C- 养分循环过程所驱动的差异化生态学效应,一定程度上限制了对森林根际生态学过程及其生态重要性的认知水平。 基于此,中国科学院成都生物研究所地下生态学学科组博士研究生张子良在刘庆研究员和尹华军研究员的指导下, 以外生菌根高度共生的西南亚高山针叶林为研究对象, 采用不同孔径的内生长管(从物理上原位区分根系和外延菌丝各自的作用), 研究了森林根系 / 菌丝 C 输入对土壤 C 库动态的影响效应差异 。研究发现,外延菌丝 C 输入途径对土壤中新 C 的贡献( ~ 65% )远高于根系 C 输入途径( ~35% ),且菌丝 C 输入主要转移到土壤活性 C 库中。此外,虽然来源于菌丝 / 根系的新 C 输入诱导了相似的根际激发效应方向(即对土壤原有活性 C 诱导了负激发效应,而对土壤原有惰性 C 诱导了正激发效应),但外延菌丝 C 输入诱导了更大的激发效应强度,约为根系 C 输入激发效应强度的 2 倍左右。该研究表明,菌丝 C 在影响土壤 C 动态和长期 C 储存过程中起到了主导作用。因此,未来森林土壤 C- 养分循环过程及生物地球化学循环模型构建应充分重视和考虑菌根真菌外延菌丝所介导的生态学作用。 研究结果近期以题为“ Mycelium- and root-derived C inputs di ff er in their impacts on soil organic C pools and decomposition in forests ”发表在国际土壤类期刊《 Soil Biology & Biochemistry 》上。该研究得到了国家重点研发计划项目、中国科学院拔尖青年人才项目和国家自然科学基金等项目的资助。