東北地理所在CO2濃度升高對(duì)大豆根際微生物群落結(jié)構(gòu)影響研究取得進(jìn)展
以CO2濃度升高為主要特征的全球氣候變化已經(jīng)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響,成為全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。CO2濃度升高影響植物生理代謝過程,導(dǎo)致植物根系分泌物的總量和化學(xué)組成發(fā)生改變,進(jìn)而可能影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能。由于土壤微生物驅(qū)動(dòng)碳氮循環(huán),參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,揭示CO2濃度升高條件下,根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)及其與土壤農(nóng)化指標(biāo)的關(guān)系對(duì)土壤生產(chǎn)力可持續(xù)發(fā)展和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣候變化適應(yīng)性將產(chǎn)生重要意義。
為此,東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組于鎮(zhèn)華、李彥生助理研究員和金劍研究員等采用OTC植物生長(zhǎng)箱,以自然狀態(tài)CO2濃度條件下生長(zhǎng)的大豆為對(duì)照,采用qPCR及高通量測(cè)序(MiSeq)技術(shù),對(duì)比研究了高CO2濃度(550 ppm)條件下4種主栽大豆品種根際微生物群落結(jié)構(gòu)組成的變化。研究證實(shí)CO2濃度升高對(duì)東北黑土生長(zhǎng)的大豆根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的影響(圖1),發(fā)現(xiàn)高CO2濃度顯著影響15個(gè)細(xì)菌屬的豐度,而且這種影響程度在不同大豆品種間存在差異;在真菌研究方面,發(fā)現(xiàn)CO2濃度升高顯著改變了真菌群落結(jié)構(gòu)并提高了部分大豆品種根際真菌豐度(圖2),微生物網(wǎng)絡(luò)分析表明CO2濃度升高簡(jiǎn)化了土壤真菌的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵菌屬(圖3),而這些變化與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)。此研究結(jié)果將有助于預(yù)測(cè)我國(guó)東北黑土微生物對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)機(jī)制及其與土壤質(zhì)量的變化關(guān)系。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Agriculture, Ecosystems & Environment(2016,2018)上,于鎮(zhèn)華和李彥生博士為共同第一作者,金劍研究員為通訊作者。研究得到了黑龍江省杰出青年科學(xué)基金(JC201413)以及國(guó)家自然科學(xué)基金(41201247, 41271261, 31501259)的聯(lián)合資助。

圖1 CO2濃度升高(eCO2)和不升高(aCO2)條 圖2 CO2濃度升高(eCO2)和不升高(aCO2)條件下
件下不同大豆品種根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)PCoA分析 不同大豆品種根際真菌豐度和群落結(jié)構(gòu)PCoA分析

圖3 CO2濃度升高(eCO2)和不升高(aCO2)條件下不同大豆品種根際真菌群落網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Zi-Pi圖
論文信息:
1. Zhenhua Yu, Yansheng Li, Guanghua Wang, Junjie Liu, Judong Liu, Xiaobing Liu, Stephen James Herbert, Jian Jin. Effectiveness of elevated CO2 mediating bacterial communities in the soybean rhizosphere depends on genotypes. Agriculture, Ecosystems and Environment 231 (2016) 229–232.
2. Zhenhua Yu, Yansheng Li, Xiaojing Hu, Jian Jin, Guanghua Wang, Caixian Tang, Junjie Liu, Xiaobing Liu, Ashley Franks, Elenora Egidic, Zhihuang Xie. Elevated CO2 increases the abundance but simplifies networks of soybean rhizosphere fungal community in Mollisol soils. Agriculture, Ecosystems and Environment 264 (2018) 94–98
論文鏈接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880916303577
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880918301968
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