SBB | 农科院李俊等：长期施肥改变了13C标记的小麦根际微生物群的组成，但不会影响其多样性
推荐：董小橙
编译：木木的天空
编辑：董小橙
中国农业科学院李俊等人于2019年4月22日在Soil Biology and Biochemistry中预发表了题为《Long-term N fertilization altered 13C-labeled fungal community composition but not diversity in wheat rhizosphere of Chinese black soil》的文章。实验使用了三种不同的土壤进行小麦的种植，并采用外部13CO2标记，最后通过DNA-SIP（稳定同位素探测）追踪从植物到根际土壤的13C运动，13C和12C标记的DNA的高通量测序来表征真菌群落等实验手段发现，长期施氮能够改变小麦13C标记的根际真菌群落组成，但不会改变其多样性。
文章重点
1．通过稳定同位素探测和焦磷酸测序可以表征根际真菌
2．13C标记的真菌群落与12C标记的真菌群落不同
3．N添加降低了病原体的丰度，但增加了肾小球菌群
4．长期施肥不会显著改变13C标记的真菌群落的多样性
实验设计
试验土壤来自于从1980-2016年此37年间的中国黑龙江省哈尔滨市开展的长期施肥（N肥为尿素）场地的三种不同施肥处理试验（CK，不施肥；N1，150 kgN ha-1y-1；N2，300 kgN ha-1y-1）。于2016年7月下旬对土壤进行取样，用钻头从每个重复地块的土壤耕层（0-20 cm）中随机收集与植物相邻的10个核心（直径6 cm），然后均匀混合形成一个复合样本，最后将其带到实验室进行下一步室内培养、种植实验。
种植实验设计如图1。通过两层20μm尼龙网将植物生长罐分成三个隔室（C1：3 cm 12 cm；C2：4 cm 12 cm和C3：3 cm 12 cm），且尼龙膜之间有2毫米的土壤层，这便于控制小麦根系在根际中生长。CK，N1和N2施肥处理分别用作培养土壤。将小麦种子置于4℃的无菌软化水中24小时。发芽后，将植物以每盆八株的密度种植到C2隔室中，而C1和C3保持为无根大块土壤隔室。由于是温室中生长，所以平均昼/夜温度为23/18℃，光照周期为16小时。土壤水分保持在40％的持水能力。当植物处于活跃的营养生长状态时，40天后开始13C标记（通13CO2），连续标记7天。除了使用12CO2而不是13CO2之外，在相同条件下也构建了作为对照的平行微观世界。标记期间，由于CO2浓度升高可能会影响根际C流量和相关的微生物群，因此CO2浓度在室内保持在300-400 mgkg-1。在13C标记结束时（培养40天和标记7天后），从根瘤菌中取样根际土壤和大块土壤。需要注意的是标记时间长短的问题：足够长，植物可以将光合作用13C运输到根部和微生物，将13C掺入其基因组DNA中，但足够短，以防止标记作为死根大量泄漏到腐生菌群落。
文章摘要
一般来说，植物将约20-50%的光合碳(C)转移到根部，根部得到这些光合碳后又会将其中的一半释放到土壤中（根际分泌）。由于根际分泌物是介导土壤微生物根系相互作用的重要基质，所以施肥在改变土壤理化性质的时候，其也对根系分泌物的质量和数量以及其他环境因素有着很大的改变。而这些变化都有可能改变微生物C利用效率和根系-微生物群的关系。
实验结果表明，
在小麦根际土壤中，13C标记的根系分泌物主要被Pleosporaceae、Trichocamaceae和Davidiellaceae这三个优势科所同化。植物新鲜根系分泌物（13C标记的真菌群落）的微生物群落与主要负责SOM（12C标记的真菌群落）的微生物群落不同（图3），长期施氮改变了微生物群落组成但不影响其多样性。另一方面，长期施氮对小麦根际土壤中13C标记真菌的复合作用没有显著影响，且，该实验下的生态系统中，植物根系分泌物数量的增加可能是维持作物和真菌在长期施氮下稳定关系的重要因素。这些发现强调需要研究植物根系分泌物的数量和质量如何影响根际真菌组装机制的必要性。
关键词：根际真菌组成，氮肥，稳定同位素探测，根系分泌物
文中重要图片说明
图1 | 实验设计图
图2 | 真菌在不施肥、N1和N2处理下分别孵育7天后，其序列拷贝数在根际13CO2(黑线)或12CO2(灰线)分体DNA的整个浮力密度梯度上的定量分布。归一化数据是每个DNA梯度片段的基因拷贝数与每个处理的最大数量之比。给出的值是三个单独处理的平均值标准差。黑色和灰色箭头分别表示13C-标记的根际DNA和12c标记的根际DNA的位置，用于构建用于高通量焦磷酸测序的扩增子文库。
图3 | 基于非度量多维尺度分析(NMDS)的beta多样性分析，从小麦根际12C或13c标记的DNA中提取真菌群落的Bray-Curtis距离，进行不同N添加量的分析
图4 | 根际分泌收集的另外一种实验设计（引自Eva Oburger et al,2013）
图5 | 根际分泌物驱动的根际过程示意图概述（引自Eva Oburger et al,2013）
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