非共生固氮（FLNF）是生態(tài)系統(tǒng)中普遍發(fā)生的重要氮輸入過程。該過程需要大量能量，因而根系分泌物（氨基酸、羧酸、糖等）輸入極可能造成根際非共生固氮熱點(diǎn)區(qū)。然而，根系分泌物中碳源種類和數(shù)量如何調(diào)控土壤FLNF尚缺乏系統(tǒng)性研究。
基于此，中國科學(xué)院成都生物研究所尹華軍研究團(tuán)隊(duì)以農(nóng)田和森林土壤為試驗(yàn)對象，比較了不同種類和數(shù)量的碳源添加下非共生固氮速率的變化規(guī)律，并進(jìn)而探討了其微生物機(jī)制。研究結(jié)果表明：1）糖和羧酸能顯著提升FLNF速率（最高達(dá)3個(gè)數(shù)量級），而氨基酸不影響甚至抑制FLNF速率；2）碳源添加量達(dá)到一定閾值后方可有效提升FLNF速率，表明非共生固氮微生物和其他微生物之間存在競爭；3）添加碳源后FLNF速率提高與非共生固氮微生物群落組成變化密切相關(guān)（如常見生物肥料Paenibacillus屬豐度增加），而不受非共生固氮微生物豐度（nifH基因拷貝數(shù)）影響。以上結(jié)果表明，碳源種類和數(shù)量主要通過調(diào)整非共生固氮微生物群落結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對FLNF速率的調(diào)控。本研究有助于預(yù)測環(huán)境變化下根系分泌物如何介導(dǎo)根際FLNF的響應(yīng)，也可為開發(fā)根際固氮微生物接種菌劑提供啟示。
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Fig.1 碳源種類對農(nóng)田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影響。
Fig.2 碳源濃度對農(nóng)田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影響。
Fig.3 添加不同種類的碳源（1 mg C g-1 soil）1、3、5和7天后，農(nóng)田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐標(biāo)分析（PCoA）及其在屬水平的相對豐度。
Fig.4 添加不同濃度混合碳源3天后，農(nóng)田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐標(biāo)分析（PCoA）及其在屬水平的相對豐度。
Fig.5 添加混合C源后，Paenibacillus的相對豐度與FLNF速率之間的相關(guān)性。
上述研究結(jié)果于2024年8月以“Carbon type and quantity regulate soil free-living nitrogen fixation through restructuring diazotrophic community”為題發(fā)表于土壤科學(xué)TOP期刊“Applied Soil Ecology”。中國科學(xué)院成都生物研究所已畢業(yè)碩士生趙謙為論文第一作者，王吉鵬副研究員為通訊作者，尹華軍研究員全程指導(dǎo)了該研究。本研究得到了中國科學(xué)院“西部之光”交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、四川省科技廳面上項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的聯(lián)合資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324003172