生命科学学院田兴军教授课题组揭示微生物协同互作驱动土壤养分循环新机制

发布者:刘姝伶发布时间:2021-12-31浏览次数:10

   植物获取有机质养分这一过程强烈依赖于土壤中高度多样的微生物群落。虽然许多微生物组在土壤养分循环中各自的功能已经被确定,但“熙熙攘攘”的微生物在土壤中并不是孤立存在的。关于不同微生物组如何互作以影响土壤的养分循环我们知之甚少。

   近日,南京大学生命科学学院田兴军教授课题组在土壤生态学领域著名期刊《Geoderma》上发表了题为“Synergy of saprotrophs with mycorrhiza for litter decomposition and hotspot formation depends on nutrient availability in the rhizosphere”的研究论文(https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115662)。文章阐明了腐生菌和丛植菌根真菌(AMF)协同互作,促进根际酶活性热点区域的形成以及远处凋落物的分解,以缓解养分贫瘠土壤条件下植物的生长限制。


图1. 微宇宙实验设计图

   该团队设计了一个适用于原位土壤酶谱技术的新型分室微宇宙实验(图1),研究在养分丰富和贫瘠土壤条件下,腐生菌和AMF互作对紫花苜蓿凋落物分解和根际酶活性空间分布的影响。在养分贫瘠的土壤中,与单一细菌或真菌接种相比,腐生细菌和真菌与AMF的共接种均加速了凋落物的分解,同时扩大了根际酶活性热点区域的面积(图2)。腐生细菌与AMF的这种协同作用在养分贫瘠的土壤中比在养分丰富的土壤中表现的更强。腐生真菌与AMF在营养丰富的土壤中甚至抑制了凋落物分解。


2. 酶活性热点二维分布图

   结构方程模型分析表明,快速的凋落物分解和扩大的酶活性热点区域面积促进了植物的生长(图3)。具体来说,AMF通过增加腐生菌的生物量和酶活性加速凋落物的矿化。同时,腐生菌增加了AMF对根的定殖率,进一步扩大了根际酶活性热点区域面积以增加根际周围的养分供给。


图3. 实验结构方程模型

   综上,研究显示AMF驱动的生物地球化学过程在以细菌为主的生态系统中可能比以真菌为主的生态系统中更强。研究强调,AMF不仅充当寄主植物和土壤之间养分高速运输的桥梁,还能与腐生菌合作促进远离根部的土壤有机质和枯枝落叶的分解。该项成果为揭示微生物协同互作驱动土壤养分循环机制提供了重要的理论基础。

南京大学田兴军教授为文章通讯作者,博士研究生曹婷婷为文章第一作者。该研究得到国家自然科学基金面上(31870598)、国家重点研发计划(2016YFD0600204)和国家自然科学基金重点(31530007)等项目的支持。