根际养分有效性影响腐生菌与菌根在凋落物分解和酶活方面的作用

编译：微科盟索亚，编辑：微科盟索亚、江舜尧。

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导读  

南京大学生命科学学院田兴军教授团队等人于2021年12月27日在Geoderma发表题为《Synergy of saprotrophs with mycorrhiza for litter decomposition and hotspot formation depends on nutrient availability in the rhizosphere》的文章。植物可以从土壤有机物中获取并循环利用养分，这些动态依赖于高度多样性的根际微生物。虽然许多微生物类群的功能已经被确定，但是不同群体如何相互作用以影响生物地球化学过程仍然知之甚少。在本研究中，采用酶谱分析技术，研究了腐生菌与丛枝菌根真菌（AMF）互作对贫瘠土壤和养分充足土壤中紫花苜蓿（Medicago sativa）凋落物分解和酶活性空间分布的影响。在贫瘠土壤中，与单一接种相比，腐生细菌（Alcaligenes faecalis）或腐生真菌（Phanerochaete chrysosporium）与AMF（Rhizophagusi rregularis）共同接种可使凋落物分解更快，根际酶的热点区域更大。AMF与腐生细菌的相互作用强于与腐生真菌的相互作用。腐生细菌与AMF对凋落物分解和酶热点形成的协同作用在富营养土壤中弱于贫瘠土壤。相反，在富营养土壤中，腐生真菌与AMF共接种降低了凋落物分解。PLS-PM分析表明，更快的凋落物分解和更大的酶热点区域能够促进了植物的生长。我们的结果表明，这两种微生物之间存在着重要的协同关系，对于贫瘠土壤中的植物生长具有重要的促进作用。其中，AMF可以通过增加腐生菌生物量和酶活性（硝酸盐还原酶、脲酶和纤维素酶）来促进凋落物矿化。同时腐生菌增加了AMF的定殖率以及酶活性的热点区域。这些热点反过来又扩大了根周围的养分活化区——根际。总之，腐生菌与AMF之间的协同作用对凋落物分解和酶热点的形成可能是土壤养分有效性低的条件下促进植物适应性的重要机制。

亮点   1. 丛枝菌根真菌（AMF）通过刺激营养不良土壤中的腐生菌来增加凋落物分解。   2.  接种AMF可使根际酶活性热点区域扩大13% ~ 400%。   3. 在养分较差的土壤中，AMF对植物生长的重要性大于在养分充足的土壤中。    

关键词：凋落物分解、根际过程、养分循环、植物-土壤-微生物相互作用、土壤酶谱

论文ID

原名：Synergy of saprotrophs with mycorrhiza for litter decomposition and hotspot formation depends on nutrient availability in the rhizosphere

译名：腐生菌与菌根在凋落物分解和酶热点形成方面的协同作用取决于根际养分有效性

期刊：Geoderma

IF：6.114

发表时间：2021.12.27

通讯作者：田兴军教授

通讯作者单位：南京大学生命科学学院

DOI号：10.1016/j.geoderma.2021.115662

实验设计

选择常见的AMF宿主植物紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作为试验植物，在两种土壤上种植（养分充足土壤与贫瘠土壤）。共设置6个接种处理（Control，未接种；Sapr-Bact，单独接种腐生细菌A. faecalis；Sapr-Fungi，单独接种腐生真菌P. chrysosporium；AMF，单独接种R. irregularis；Sapr-Bact/AMF，A. faecalis与R. irregularis共接种；Sapr-Fungi/AMF，P. chrysosporium与R. irregularis共接种）。共108个样本（6个接种量× 2个营养水平× 3次采样次数× 3个重复）。种植3个月，后每月取植物、凋落物和土壤样本测定养分含量。测定微生物生物量、AME定植与土壤酶谱分析以及凋落物的分解情况。

结果

表1. 凋落物和土壤的化学性质

平均值和标准偏差（n = 3）

图1. 实验微型盆的设计。尼龙网（孔径 30 μm）将大盆与小盆分开。大盆添加AMF，小盆添加腐生的细菌或真菌。小盆的顶边在土面上方10mm，使得盆易于取出。使用酶谱仪测定去除小盆后大盆内孔表面酶活性的空间分布。

图2. 凋落物分解速率（k值）的影响大小（A）、紫花苜蓿凋落物的质量损失（B）、基质诱导呼吸(SIR)与凋落物分解速率（C）的相关性、分解3个月后，在两个土壤养分水平上的接种量的SIR值（D）。（A）中的值是接种对k值（n = 3）和95%置信区间影响的平均值。未超过零线表明影响显著。值（B和D）为均值和标准差（n = 3和 9）。字母表示同一土壤养分水平下接种间差异显著，星号表示同一微生物接种下两种土壤间差异显著（p <0.05）。（Control，未接种；Sapr-Bact，单独接种腐生细菌A. faecalis；Sapr-Fungi，单独接种腐生真菌P. chrysosporium；AMF，单独接种R. irregularis；Sapr-Bact/AMF，A. faecalis与R. irregularis共接种；Sapr-Fungi/AMF，P. chrysosporium与R. irregularis共接种）。

图3. 不同处理间酶活（箭头）和分解率（k）的主成分分析（PCA）。性状在排序前是以中心和标准化的。（NR，硝酸还原酶；URE，脲酶；ACP，酸性磷酸酶；ALP，碱性磷酸酶；BG，β-葡萄糖苷酶；CEL，纤维素酶）。

图4. 移植后三个月在贫瘠土壤中测定β- 葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和几丁质酶活性的酶谱。每个酶谱左上角的数字显示了热点区域的百分比（A）。色阶表示酶活性（pmol mm-2h-1）。分解3个月后两种土壤各接种点的热点面积百分比（B）。数值为均值和标准差（n = 3）。字母表示同一土壤养分水平下接种间差异显著，星号表示同一微生物接种下两种土壤间差异显著（p <0.05）。

图5.PLS-PM表明土壤养分水平、AMF定殖率、微生物生物量和凋落物的微生物分解、植物生物量和热点区域之间的直接或间接影响。箭头的宽度与路径系数的强度成正比。蓝色和红色箭头分别表示负效应和正效应。箭头表示显著的效应大小（p <0.05）。箭头上的数字表示显著的标准化路径系数。R2值表示被解释的方差。微生物功能包括：硝酸还原酶和脲酶活性；植物生物量包括：地上部生物量和根系生物量；酶活热点包括：β-葡萄糖苷酶活性、酸性磷酸酶活性和几丁质酶热点。