2月23日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究組與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)合作完成的題為Dynamic root microbiome sustains soybean productivity under unbalanced fertilization的研究論文。該研究首次系統(tǒng)描述了不同養(yǎng)分條件下大豆全生命周期的定量微生物組特征，發(fā)現(xiàn)了在東北黑土中連續(xù)41年不施氮肥不影響大豆產(chǎn)量，并揭示了微生物群落如何支撐大豆“增產(chǎn)增效”的機(jī)制，為大豆“減肥增效”奠定了理論基礎(chǔ)、提供了技術(shù)方案。

 

　　根際微生物組被稱為植物的“第二基因組”，在植物生長、發(fā)育和健康等方面發(fā)揮了重要作用。植物與其根際微生物之間的相互作用是復(fù)雜的和動(dòng)態(tài)的，受到植物發(fā)育和土壤環(huán)境的強(qiáng)烈影響。然而，傳統(tǒng)的相對(duì)定量分析方法阻礙了科學(xué)家對(duì)根際定量微生物組如何動(dòng)態(tài)響應(yīng)不同土壤條件的理解。因此，王二濤研究組進(jìn)一步完善了此前開發(fā)的定量微生物組分析方法，并使用該方法描述了大豆根際微生物組對(duì)不同施肥處理的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征。

 

　　該研究通過持續(xù)40多年不施氮肥、磷肥或鉀肥的黑土試驗(yàn)地發(fā)現(xiàn)，長期不施氮肥并不影響大豆的產(chǎn)量，甚至有平均9%左右的增產(chǎn)。定量微生物組分析結(jié)果表明，長期不施氮肥塑造了獨(dú)特的根際微生物群落演替模式，長期不施磷肥則阻礙了根際微生物群落的發(fā)育，并普遍降低了根際微生物的豐度。該研究發(fā)現(xiàn)低氮條件增強(qiáng)了大豆與根瘤菌間的共生關(guān)系，且低氮富集的根際微生物合成群落能夠通過產(chǎn)IAA、ACC脫氨酶以及溶解無機(jī)磷等多種有益功能促進(jìn)大豆生長。這一基于定量微生物組的研究為根際微生物群落的動(dòng)態(tài)組裝提供了新見解，凸顯了根際微生物群落在替代氮肥以保障大豆產(chǎn)量方面的潛能。上述成果加深了關(guān)于如何整合共生根瘤菌和有益的根際微生物群落以制備作物接種劑的認(rèn)知，并為如何優(yōu)化大豆的種植方式和減少氮肥的使用提供了參考。

 

　　研究工作得到中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。