【原】SBB | 農(nóng)科院李俊等：長期施肥改變了13C標(biāo)記的小麥根際微生物群的組成，但不會影響其多樣性

微生態(tài) 2021-04-13

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推薦：董小橙

編譯：木木的天空

編輯：董小橙

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院李俊等人于2019年4月22日在Soil Biology and Biochemistry中預(yù)發(fā)表了題為《Long-term N fertilization altered ¹³C-labeled fungal community composition but not diversity in wheat rhizosphere of Chinese black soil》的文章。實驗使用了三種不同的土壤進(jìn)行小麥的種植，并采用外部¹³CO₂標(biāo)記，最后通過DNA-SIP（穩(wěn)定同位素探測）追蹤從植物到根際土壤的¹³C運動，¹³C和¹²C標(biāo)記的DNA的高通量測序來表征真菌群落等實驗手段發(fā)現(xiàn)，長期施氮能夠改變小麥¹³C標(biāo)記的根際真菌群落組成，但不會改變其多樣性。

文章重點

1．通過穩(wěn)定同位素探測和焦磷酸測序可以表征根際真菌

2．^13C標(biāo)記的真菌群落與¹²C標(biāo)記的真菌群落不同

3．N添加降低了病原體的豐度，但增加了腎小球菌群

4．長期施肥不會顯著改變¹³C標(biāo)記的真菌群落的多樣性

實驗設(shè)計

試驗土壤來自于從1980-2016年此37年間的中國黑龍江省哈爾濱市開展的長期施肥（N肥為尿素）場地的三種不同施肥處理試驗（CK，不施肥；N1，150 kgN ha^-1y^-1；N2，300 kgN ha^-1y^-1）。于2016年7月下旬對土壤進(jìn)行取樣，用鉆頭從每個重復(fù)地塊的土壤耕層（0-20 cm）中隨機收集與植物相鄰的10個核心（直徑6 cm），然后均勻混合形成一個復(fù)合樣本，最后將其帶到實驗室進(jìn)行下一步室內(nèi)培養(yǎng)、種植實驗。

種植實驗設(shè)計如圖1。通過兩層20μm尼龍網(wǎng)將植物生長罐分成三個隔室（C1：3 cm 12 cm；C2：4 cm 12 cm和C3：3 cm 12 cm），且尼龍膜之間有2毫米的土壤層，這便于控制小麥根系在根際中生長。CK，N1和N2施肥處理分別用作培養(yǎng)土壤。將小麥種子置于4℃的無菌軟化水中24小時。發(fā)芽后，將植物以每盆八株的密度種植到C2隔室中，而C1和C3保持為無根大塊土壤隔室。由于是溫室中生長，所以平均晝/夜溫度為23/18℃，光照周期為16小時。土壤水分保持在40％的持水能力。當(dāng)植物處于活躍的營養(yǎng)生長狀態(tài)時，40天后開始¹³C標(biāo)記（通¹³CO₂），連續(xù)標(biāo)記7天。除了使用¹²CO₂而不是¹³CO₂之外，在相同條件下也構(gòu)建了作為對照的平行微觀世界。標(biāo)記期間，由于CO₂濃度升高可能會影響根際C流量和相關(guān)的微生物群，因此CO₂濃度在室內(nèi)保持在300-400 mgkg^-1。在13C標(biāo)記結(jié)束時（培養(yǎng)40天和標(biāo)記7天后），從根瘤菌中取樣根際土壤和大塊土壤。需要注意的是標(biāo)記時間長短的問題：足夠長，植物可以將光合作用13C運輸?shù)礁亢臀⑸?，?/span>13C摻入其基因組DNA中，但足夠短，以防止標(biāo)記作為死根大量泄漏到腐生菌群落。

文章摘要

一般來說，植物將約20-50%的光合碳(C)轉(zhuǎn)移到根部，根部得到這些光合碳后又會將其中的一半釋放到土壤中（根際分泌）。由于根際分泌物是介導(dǎo)土壤微生物根系相互作用的重要基質(zhì)，所以施肥在改變土壤理化性質(zhì)的時候，其也對根系分泌物的質(zhì)量和數(shù)量以及其他環(huán)境因素有著很大的改變。而這些變化都有可能改變微生物C利用效率和根系-微生物群的關(guān)系。

實驗結(jié)果表明，

在小麥根際土壤中，¹³C標(biāo)記的根系分泌物主要被Pleosporaceae、Trichocamaceae和Davidiellaceae這三個優(yōu)勢科所同化。植物新鮮根系分泌物（¹³C標(biāo)記的真菌群落）的微生物群落與主要負(fù)責(zé)SOM（¹²C標(biāo)記的真菌群落）的微生物群落不同（圖3），長期施氮改變了微生物群落組成但不影響其多樣性。另一方面，長期施氮對小麥根際土壤中¹³C標(biāo)記真菌的復(fù)合作用沒有顯著影響，且，該實驗下的生態(tài)系統(tǒng)中，植物根系分泌物數(shù)量的增加可能是維持作物和真菌在長期施氮下穩(wěn)定關(guān)系的重要因素。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)需要研究植物根系分泌物的數(shù)量和質(zhì)量如何影響根際真菌組裝機制的必要性。

關(guān)鍵詞：根際真菌組成，氮肥，穩(wěn)定同位素探測，根系分泌物

文中重要圖片說明

圖1 | 實驗設(shè)計圖

圖2 | 真菌在不施肥、N1和N2處理下分別孵育7天后，其序列拷貝數(shù)在根際13CO2(黑線)或12CO2(灰線)分體DNA的整個浮力密度梯度上的定量分布。歸一化數(shù)據(jù)是每個DNA梯度片段的基因拷貝數(shù)與每個處理的最大數(shù)量之比。給出的值是三個單獨處理的平均值標(biāo)準(zhǔn)差。黑色和灰色箭頭分別表示13C-標(biāo)記的根際DNA和12c標(biāo)記的根際DNA的位置，用于構(gòu)建用于高通量焦磷酸測序的擴增子文庫。