学术进展

TheISME Journal | 浙江大学品质与环境评价团队揭示农田土壤磷素转化功能微生物对长期养分输入的响应机制

发布时间:2019-12-20作者:浏览次数:284

浙江大学徐建明教授领衔的品质与环境评价团队Nature旗下微生物生态学顶级期刊The ISME Journal在线发表了题为“Long-term nutrient inputs shift soil microbial functional profiles of phosphorus cycling in diverse agro-ecosystems”的论文。

农田生态系统中,大部分磷被土壤所固定,难以被植物利用,而盲目过量施肥既浪费有限的磷矿资源,又可导致水体富营养化污染。磷素转化功能微生物能够溶解被土壤固定的无机磷或矿化有机磷,提高土壤磷的植物有效性,这对我国磷矿资源短缺的情况下怎样合理挖掘和利用土壤磷素资源具有重要的意义。

品质与环境评价团队基于我国四个长期定位试验,通过宏基因组学等技术探讨了长期氮输入和磷输入对土壤磷素转化功能微生物的影响,解析了土壤pHN:P比两个因子对微生物磷饥饿响应基因、磷吸收转运基因和解磷基因的调控作用,筛选出对养分输入敏感的解磷微生物。研究发现:(1)在长期磷缺乏情况下,微生物的磷饥饿响应基因丰度虽提高,但微生物的磷吸收转运基因和解磷基因丰度并未提高。长期磷输入反而增加了低亲和力无机磷酸盐转运蛋白基因(pit)的丰度,从而促进微生物对磷素的吸收固定。(2)长期氮素输入降低微生物磷吸收转运基因和解磷基因的丰度,削弱关键磷素转化基因之间的联系,并降低放线菌、γ-变形杆菌、α-变形杆菌等解磷微生物的丰度。(3)在长期磷输入下,微生物功能基因的变化主要由磷素导致的土壤N:P的变化所决定。在长期氮输入下,微生物功能基因的变化主要由氮素导致的土壤酸化(pH降低)所决定。

图 长期氮素和磷素输入对土壤磷素转化功能微生物组的影响规律和关键调控因子解析



传统研究表明,元素计量比决定了磷素转化微生物的环境行为,即磷缺乏会导致微生物对有机磷的矿化和无机磷的吸收,而氮输入会促进微生物对有机磷的矿化以获取更多的磷素来维持自身生命代谢。而本研究发现缺磷条件下土壤微生物的磷吸收和磷矿化潜能并未提升,而长期氮输入导致土壤pH显著下降,进而降低微生物无机磷溶解和有机磷矿化潜能。通过调控土壤pH和元素化学计量比改变微生物的磷素转化潜能,可以为农田生态系统中作物产量的提升和农产品安全的保障提供新的调控途径。

该论文的第一作者为戴中民博士,通讯作者为徐建明教授,浙江大学为第一和通讯作者单位。合作者包括沈阳农业大学汪景宽教授、广东省农科院艾绍英研究员、黑龙江省农科院魏丹研究员、江西省红壤研究所李大明副研究员和澳大利亚格里菲斯大学Chengrong Chen教授、拉筹伯大学Caixian Tang教授、美国太平洋西北国家实验室陈怀海博士等。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体项目(41721001)、中国科协青年人才托举工程等项目的资助。


论文网页链接:https://www.nature.com/articles/s41396-019-0567-9







友情链接
联系我们

地址:浙江大学紫金港校区西区农科创大楼

电话:0571-88982767 0571-88982005

传真:0571-88982767

E-mail:xnc@zju.edu.cn

微信公众号


版权所有 © 2013 浙江大学新农村发展研究院(含农业技术推广中心)