植物根系在生長過程中不斷向土壤中分泌易分解有機(jī)物質(zhì),增大了根系周圍微生物的活性,并促進(jìn)一系列生物化學(xué)過程的進(jìn)行,從而形成了微生物的熱點(diǎn)。一般情況下,熱點(diǎn)土的微生物群落以生長速度更快的r-對策者為主,且其所釋放的酶具有較高的活性和較低的底物親和力。然而,在不同肥力的土壤條件下,熱點(diǎn)土與非根際土之間土壤微生物的功能特征相差的程度大小是否存在差異目前缺乏相關(guān)研究成果。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所人工林生態(tài)組研究團(tuán)隊聯(lián)合德國哥廷根大學(xué)研究團(tuán)隊利用酶譜法,在亮氨酸酶的顯色條件下,對盆栽玉米根系周圍的熱點(diǎn)進(jìn)行鑒定,并在鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上利用濕潤的微型注射器針頭進(jìn)行采樣。研究發(fā)現(xiàn)微生物的生長速率以及活躍微生物的生物量在熱點(diǎn)土與非根際土之間的差異取決于土壤肥力(圖 1)。在肥沃的土壤中,二者之間的差異并不顯著,而在相對貧瘠的土壤中,熱點(diǎn)土中微生物的生長速率是非根際土的1.2倍,活躍微生物的數(shù)量也更多。在兩種土壤的熱點(diǎn)中,β-葡萄糖酶與亮氨酸酶都具有較低的底物親和力,然而只有β-葡萄糖酶的潛在酶活性較非根際土更高??傮w上看,在肥沃的土壤中,微生物釋放的酶具有更高的酶活性和代謝效率,以及更短的周轉(zhuǎn)時間。該研究結(jié)果揭示了根際熱點(diǎn)土與非根際土之間在微生物生長策略上的差異受土壤自身肥力控制。本實(shí)驗(yàn)的成果可以進(jìn)一步加深對植物-土壤-微生物這一復(fù)雜綜合體的理解。
該成果以“Microbial growth and enzyme kinetics in rhizosphere hotspots are modulated by soil organics and nutrient availability” 為題發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry雜志上。田鵬博士為第一作者,王清奎研究員為通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金等項目支持。

圖1. 根際熱點(diǎn)中微生物活性及功能的變化受土壤肥力的影響




