《土壤微生物对根系分泌物和温度响应研究中获新进展》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-07-31
  •     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。

  • 原文来源:http://www.ebiotrade.com/newsf/2024-7/20240718065709775.htm
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    • 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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    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
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    •     磷是植物和土壤生物发育的第二大必需营养元素,但其在土壤中的生物有效性通常较低,各类陆生生态系统普遍存在磷限制的现象。土壤微生物通过产生磷酸酶等参与土壤磷循环,提高土壤磷的生物有效性。土地利用变化可通过改变植被覆盖和其他相关属性进而影响土壤物理、化学和生物特性,对土壤磷酸酶活性和相关微生物群落具有显著的影响。青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,也是全球最脆弱的地区之一,生态系统容易受到全球气候变化和人类活动的影响,该区域在环境和植被覆盖变化方面具有高度多样性。了解土地利用变化对青藏高原地区土壤磷酸酶活性和相关微生物群落的影响,对评估该区域土壤磷循环和地力可持续性具有至关重要的意义。     基于此,中国科学院成都生物研究所博士研究生Belayneh Azene和朱仁欢在博士生导师潘开文研究员和张林副研究员的指导下,以天然林、人工林、农田和灌木林四种土地利用类型的土壤为研究对象,探讨青藏高原东南缘亚高山生态系统土地利用类型变化对土壤磷酸酶活性、磷酸酶编码基因和相关微生物群落的影响。结果表明:磷的有效性在天然林转化为农田后显著增加。天然林转化为其他土地利用方式后,由于土壤有机碳、水分和全氮的降低,磷酸酶活性显著降低。检测到13个与磷溶解和磷矿化相关的基因,其中phoD和gcd分别是主要的磷矿化和磷溶解基因。农田土壤中gcd基因的丰度较高,而天然林中phoD基因的丰度较高。gcd基因丰度主要受pH和全磷控制,phoD基因丰度主要受pH和速效磷控制;土壤水分含量、有机碳和全氮调控研究检测到的其他基因。编码gcd基因的主要微生物门包括酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),编码phoD基因的主要微生物门包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和Candidatus Rokubacteria。大多数携带gcd和phoD的微生物主要受pH、有效磷和总磷的调控,部分微生物门也受土壤水分含量、有机碳和全氮的调节。土地利用变化显著改变了土壤磷酸酶以及磷酸酶编码基因和相关微生物的丰度,这些变化对研究土壤磷循环以及该区域土壤磷的可持续管理具有重要意义。