東北地理所揭示CO2濃度升高對大豆根固氮微生物群落影響

CO₂濃度升高會促進豆科植物的根瘤形成和氮素固定，從而影響土壤氮循環過程，而這些過程均與固氮細菌的群落結構密切相關。明確土壤固氮細菌群落結構組成對于提高豆科植物的固氮能力、提高氮素匱乏的土壤中固氮細菌的數量以及增加土壤氮素含量有著重要意義。

　　大豆是我國重要的農作物，對保障糧食生產安全有著重要意義，我國東北是大豆集中產區之一。已有研究表明二氧化碳濃度升高會增加東北地區不同大豆品種根瘤的數量、重量和密度，同時還發現3個根瘤菌屬的數量在二氧化碳濃度升高時會顯著上升。但是，由于實驗技術和手段的限制，以往研究只是針對二氧化碳濃度升高如何影響根瘤性狀和土壤細菌群落結構的變化，關于CO₂濃度升高對固氮細菌豐度和群落結構的研究較少，尤其針對CO₂濃度升高對東北黑土豆科植物nifH基因的豐度和群落結構如何影響的研究還未見報道。

　　為此，中國科學院東北地理與農業生態研究所農田分子生態學科組助理研究員于鎮華和研究員金劍等采用qPCR及高通量測序（MiSeq）技術，對比研究了高CO₂濃度（550 ppm）與正常CO₂濃度（390ppm）條件下東北地區4個主栽大豆品種根際固氮細菌群落結構豐度和組成的差異，旨在揭示東北大豆根際固氮細菌豐度和群落結構對二氧化碳濃度升高的響應規律，及其與根瘤相關性狀的關系。結果表明CO₂濃度升高顯著提高了部分大豆品種根際nifH基因豐度，并且nifH基因豐度與根瘤密度呈負相關（p ≤ 0.01），而與單個根瘤重量呈正相關（p ≤ 0.01）。其次，發現Skermanella屬（28.1–53.8%）和Rhizobiales的部分未知屬（24.2–41.9%）是東北大豆根際土壤固氮細菌的主要成員。主成分分析表明CO₂濃度升高并沒有顯著改變固氮細菌的群落結構組成，歸其原因是根際固氮細菌的核心OTU成員并未受到CO₂濃度升高的影響（如圖），說明CO₂濃度升高會刺激大豆根際固氮細菌的生長而不會改變其群落結構，這與大豆品種和大豆結瘤對高CO₂濃度的響應有關。

　　相關研究結果發表在Biology and Fertility of Soils上，于鎮華為第一作者，金劍為通訊作者。研究得到中科院百人計劃、黑龍江省杰出青年科學基金（JC201413）以及國家自然科學基金(41201247, 41271261, 31501259）的聯合資助。

　　論文信息：ZhenhuaYu, YanshengLi, GuanghuaWang, CaixianTang, YanhongWang, JunjieLiu, XiaobingLiu, JianJin. 2018. Elevated CO₂ alters the abundance but not the structure of diazotrophic community in the rhizosphere of soybean grown in a Mollisol. Biology and Fertility of Soils. 54: 7: 877–881.

　　論文鏈接

　　圖：CO₂濃度升高（eCO₂）（A）和正常濃度（aCO₂）條件下（B）不同大豆品種根際固氮細菌群落OTU韋恩圖小黃金，綏農8，綏農14，黑農45