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是什么影响了酸性土壤中的根际固氮菌?

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正文


近期,生物平台生物与中科院土壤所合作,在《Plant and Soil》(最新影响因子3.306)发表论文,研究酸性土壤中不同铝耐受度的玉米品种和两种不同氮肥对固氮菌菌群结构影响。

 

研究背景


酸性土壤占世界可耕面积的50%,大约60%的酸性土壤分布在热带和亚热带地区,我国南部有大约218亿公顷的酸性土壤,并且由于铵态氮肥(NH4+-N)的使用、工业化和土壤过度利用,这些地方的土壤酸化程度还在加重。酸性土壤减少了如玉米、大豆等粮食作物的产量,危害土壤中的微生物,不利于农业的可持续发展,因而而受到越来越广泛的关注。酸性土壤中缺少磷、钙、镁等必要元素,却含有铝、锰、氢等有毒物质,其中铝的毒性对植物影响最严重。传统上采用施加生石灰增加土壤PH值的方式来降低铝的毒性,但这种方式破坏了土壤结构,也可以通过种植耐铝作物的方式减少土壤铝毒性。


NH4+-N和NO3--N是两种形式的氮肥,它们可以影响土壤的酸碱性。植物耐铝性诱导的根系分泌物和土壤养分的这些差异,导致耐铝和铝敏感植物栽培品种的根际土壤之间的环境差异。

 

研究目的


1. 探究酸性土壤中不同耐铝程度的玉米对根际固氮菌菌群结构的影响;

2. 探究酸性土壤中不同组成的氮肥对根际固氮菌菌群结构的影响。

 

研究方法


测序技术:Illumina MiSeq高通量测序平台

测序模式:nifH功能基因测序

实验对象:玉米根际土壤样本


实验设计:分别采用NH4+-N和NO3--N两种形式的氮肥种植玉米42天。采集对铝敏感程度不同的三个品种玉米的根际土壤用于高通量测序,共24个样本。


组名

根际土壤样本

Bulk

对照组

JD

耐铝品种

XY

耐铝品种

Mo

铝敏感品种


研究结果


1、氮肥组成和铝耐受性对于玉米生物量的影响(maize biomasses)


与NH4+-N相比,NO3--N增加了酸性土壤中玉米的生物量并能够促进根的发育。铝耐受的玉米比铝敏感的玉米生物量更多。Fig1为两种氮肥作用下,玉米生物量的比较,Fig2为两种氮肥作用下,玉米根部发育的比较。

 

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2、氮肥组成和铝耐受性对于根际固氮菌群的影响


从高通量测序结果看出,尽管使用NO3--N改善了根际土壤环境,但是相对于NH4+-N来说并没有显著改变土壤固氮菌群。对于整个群落结构,植物对固氮菌群体的影响更大,铝耐玉米和铝敏玉米品种之间存在着较大的差异,掩盖了氮肥形态的影响。但铝耐或铝敏的玉米品种对固氮菌丰度的影响没有显著统计学差异。


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3、土壤pH值与酸性土壤中铝含量呈极显着负相关,但是这两个因素对于根际固氮菌菌群丰度和结构组成几乎没有影响。由两种氮肥引起的玉米根际pH值和铝含量的波动可能很小不足以引起变化。

 

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4、将四组样本与土壤理化性质一起进行RDA分析RDA分析看出,固氮菌丰度与C的可用性(DOC,SOC和C / N)正相关。


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总结


本文通过研究酸性土壤中不同氮肥处理下和不同铝耐受性的玉米根际土壤中固氮菌群丰度和菌群结构变化,探究酸性土壤中固氮菌的影响因素,并得到以下结论:氮肥形态和玉米耐铝性对酸性土壤中玉米的生长都起着重要作用,但玉米耐铝性对根际固氮菌组成有更加显显著影响,但不影响其总体丰度。土壤固氮菌群落的变化与C的养分可用性密切相关,表明玉米品种对固氮菌群落的不同影响应由不同的根系分泌物和营养吸收驱动。

本研究的测序和数据分析工作由生物公司完成。

 

文章索引


Wang C, Zheng M M, Hu A Y, et al. Diazotroph abundance and community composition in an acidic soil in response to aluminum-tolerant and aluminum-sensitive maize ( Zea mays, L.) cultivars under two nitrogen fertilizer forms[J]. Plant & Soil, 2018:1-16.

 

 

原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11104-017-3550-0

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