東北地理所在CO2濃度升高對(duì)大豆根際固氮微生物群落結(jié)構(gòu)影響研究取得進(jìn)展
CO2濃度升高會(huì)促進(jìn)豆科植物的根瘤形成和氮素固定，從而影響土壤氮循環(huán)過(guò)程，而這些過(guò)程均與固氮細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。明確土壤固氮細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成對(duì)于提高豆科植物的固氮能力、提高氮素匱乏的土壤中固氮細(xì)菌的數(shù)量以及增加土壤氮素含量有著重要意義。
大豆是我國(guó)重要的農(nóng)作物，對(duì)保障糧食生產(chǎn)安全有著重要意義，我國(guó)東北是大豆集中產(chǎn)區(qū)之一。已有研究表明二氧化碳濃度升高會(huì)增加?xùn)|北地區(qū)不同大豆品種根瘤的數(shù)量、重量和密度，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)3個(gè)根瘤菌屬的數(shù)量在二氧化碳濃度升高時(shí)會(huì)顯著上升。但是，由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段的限制，以往研究只是針對(duì)二氧化碳濃度升高如何影響根瘤性狀和土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，關(guān)于CO2濃度升高對(duì)固氮細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)的研究較少，尤其針對(duì)CO2濃度升高對(duì)東北黑土豆科植物nifH基因的豐度和群落結(jié)構(gòu)如何影響的研究還未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組于鎮(zhèn)華助理研究員和金劍研究員等采用qPCR及高通量測(cè)序（MiSeq）技術(shù)，對(duì)比研究了高CO2濃度（550 ppm）與正常CO2濃度條件下（390ppm）條件下東北地區(qū)4個(gè)主栽大豆品種根際固氮細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)豐度和組成的差異，旨在揭示東北大豆根際固氮細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化碳濃度升高的響應(yīng)規(guī)律，及其與根瘤相關(guān)性狀的關(guān)系。結(jié)果表明CO2濃度升高顯著提高了部分大豆品種根際nifH基因豐度，并且nifH基因豐度與根瘤密度呈負(fù)相關(guān)（p ≤ 0.01），而與單個(gè)根瘤重量呈正相關(guān)（p ≤ 0.01）。其次，發(fā)現(xiàn)Skermanella屬（28.1–53.8%）和Rhizobiales的部分未知屬（24.2–41.9%）是東北大豆根際土壤固氮細(xì)菌的主要成員。主成分分析表明CO2濃度升高并沒(méi)有顯著改變固氮細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成，歸其原因是根際固氮細(xì)菌的核心OTU成員并未受到CO2濃度升高的影響（圖1），說(shuō)明CO2濃度升高會(huì)刺激大豆根際固氮細(xì)菌的生長(zhǎng)而不會(huì)改變其群落結(jié)構(gòu)，這與大豆品種和大豆結(jié)瘤對(duì)高CO2濃度的響應(yīng)有關(guān)。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上，于鎮(zhèn)華助理研究員為第一作者，金劍研究員為通訊作者。研究得到了黑龍江省杰出青年科學(xué)基金（JC201413）以及國(guó)家自然科學(xué)基金(41201247, 41271261, 31501259）的聯(lián)合資助。
圖1. CO2濃度升高（eCO2）（A）和正常濃度（aCO2）條件下（B）不同大豆品種根際固氮細(xì)菌群落OTU韋恩圖
小黃金，
綏農(nóng)8，
綏農(nóng)14，
黑農(nóng)45
論文信息：ZhenhuaYu, YanshengLi, GuanghuaWang, CaixianTang, YanhongWang, JunjieLiu, XiaobingLiu, JianJin. 2018. Elevated CO2 alters the abundance but not the structure of diazotrophic community in the rhizosphere of soybean grown in a Mollisol. Biology and Fertility of Soils. 54: 7: 877–881.
論文鏈接：https://rd.springer.com/article/10.1007/s00374-018-1311-8
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