研究揭示根際微生物維持大豆產量的機制

　　2月23日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究組與中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風團隊合作完成的題為Dynamic root microbiome sustains soybean productivity under unbalanced fertilization的研究論文。該研究首次系統描述了不同養分條件下大豆全生命周期的定量微生物組特征，發現了在東北黑土中連續41年不施氮肥不影響大豆產量，并揭示了微生物群落如何支撐大豆“增產增效”的機制，為大豆“減肥增效”奠定了理論基礎、提供了技術方案。

　　根際微生物組被稱為植物的“第二基因組”，在植物生長、發育和健康等方面發揮了重要作用。植物與其根際微生物之間的相互作用是復雜的和動態的，受到植物發育和土壤環境的強烈影響。然而，傳統的相對定量分析方法阻礙了科學家對根際定量微生物組如何動態響應不同土壤條件的理解。因此，王二濤研究組進一步完善了此前開發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不同施肥處理的動態響應特征。

　　該研究通過持續40多年不施氮肥、磷肥或鉀肥的黑土試驗地發現，長期不施氮肥并不影響大豆的產量，甚至有平均9%左右的增產。定量微生物組分析結果表明，長期不施氮肥塑造了獨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育，并普遍降低了根際微生物的豐度。該研究發現低氮條件增強了大豆與根瘤菌間的共生關系，且低氮富集的根際微生物合成群落能夠通過產IAA、ACC脫氨酶以及溶解無機磷等多種有益功能促進大豆生長。這一基于定量微生物組的研究為根際微生物群落的動態組裝提供了新見解，凸顯了根際微生物群落在替代氮肥以保障大豆產量方面的潛能。上述成果加深了關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知，并為如何優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院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。

長期不施氮肥條件下根際微生物維持大豆產量