研究揭示土壤磷水平决定农田菌群功能
研究揭示土壤磷水平决定农田菌群功能
土壤微生物群落对植物生长具有重要影响，它们既能促进也能抑制植物的生长。近日，山东农业大学解志红课题组在《Plant Cell & Environment》发表研究论文，揭示了土壤磷水平如何决定农田菌群功能，以及这种功能如何影响玉米生长。
低磷和高磷投入下，土壤微生物群落对玉米生长的影响存在显著差异。研究团队从磷肥长期定位试验点收集自然或灭菌土壤，并种植玉米，采用两种不同的土壤磷肥水平进行实验。研究发现，土壤微生物群可以促进或抑制不同的磷饥饿响应（PSR）基因，并不依赖于土壤磷水平，同时诱导几种与防御相关的代谢过程。长期施用磷肥导致玉米PSR和防御反应强度降低，抑制玉米生长。在低磷条件下，PSR和防御反应在更高程度上被诱导，促进了磷的吸收和生长。
研究背景
植物根系被无数土壤微生物定植，这些微生物可以促进或抑制植物生长。尽管对单一微生物物种与其宿主之间的相互作用过程进行了广泛的研究，但宿主对土壤微生物群的生长和转录反应知之甚少。此外，微生物的多样生态功能和复杂相互作用需要全面评估。
主要发现
土壤微生物群对玉米生长的影响因磷水平而异
通过辐照灭菌消除土壤微生物群的活性或保留微生物群，以评估它们在玉米生长中的作用。研究发现，在低磷条件下，土壤微生物群促进了玉米幼苗的生长；而在高磷条件下，土壤微生物群抑制了玉米的生长。
土壤微生物群诱导次生代谢和胁迫相关基因表达
研究团队比较了在两种供磷水平下无菌土壤和自然环境中生长的样本之间的根系转录组差异。主坐标分析显示，与磷水平相比，微生物群对玉米根系的转录组有更显著的影响。在低磷条件下，参与磷酸酶合成的基因在自然土壤玉米根中显著下调。
微生物群维持玉米的磷稳态
研究发现，微生物群在不同磷水平下都增加了玉米植株的磷浓度。在低磷条件下，微生物群显著增加了所有元素的积累，包括根中的钙、氮和磷含量以及地上部中的磷含量。
PSR基因表达模式受微生物群和磷水平协同调控
研究团队分析了161个PSR基因的表达模式，发现这些基因可分为五组，其表达模式受磷水平和微生物群的共同影响。此外，研究还构建了PSR、防御反应和离子组的相互作用网络，揭示了这些过程之间的复杂关系。
结论与意义
研究结果表明，土壤微生物群通过调节PSR和防御反应对玉米生长产生磷依赖性的影响。这一发现为理解根系生长和土壤微生物群之间的相互作用提供了新的视角，也为优化农业生产提供了科学依据。