七彩花生根瘤内生菌对氮添加的响应及其与植物化学计量特征的关系

李林; 孙毅; 杨晓琼; 方海东; 闫帮国; 《植物生态学报 》 2024 北大核心 CSCD

摘要：豆科植物根瘤是根瘤菌生物固氮的场所,含有多种微生物,即根瘤内生菌,其对植物的生长和营养具有重要作用。但根瘤内生菌群落结构对氮的响应及其与植物生态化学计量特征之间的关系还有待研究。该研究以七彩花生（Arachis hypogaea ‘Qicai’）为实验材料,设置3个施氮处理(N0:0 kg·hm^-2, N1:140 kg·hm^-2, N2:280 kg·hm^-2)进行大田实验,测定叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量和根瘤内生菌群落结构及丰度变化,并采用PICRUSt 2软件进行功能预测分析。结果表明:（1）根瘤内生菌种类丰富,共含有来自546个科1 049个属的微生物。其中主要的结瘤共生菌——慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）丰度占比仅为27.83%,其他微生物丰度的总占比超过70%,其中伯克霍尔德菌属（Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia）和肠杆菌属（Enterobacter）的平均丰度占比均超过了10%。（2）施氮降低了根瘤内生菌菌群多样性,并改变了其结构组成,其中部分来自慢生根瘤菌属、肠杆菌属、科萨克氏菌属（Kosakonia）、泛菌属（Pantoea）的微生物相对丰度显著增加,而一些来自根瘤菌属（Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium）、中慢生根瘤菌属（Mesorhizobium）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、伯克霍尔德菌属的微生物相对丰度显著降低,且部分属相对丰度与植物化学计量特征具有紧密的相关关系。（3）共现网络分析结果显示,部分菌群模块与叶片C、N、P含量及化学计量特征具有显著相关关系;同时, PICRUSt 2功能预测结果也显示部分微生物C、N、P代谢酶功能与七彩花生叶片C、N、P含量及化学计量特征具有显著相关关系,表明菌群结构与植物养分含量及其平衡之间具有紧密关系。综上,七彩花生根瘤内生菌种类丰富,且菌群结构和功能对氮添加较为敏感,未来研究中可通过微生物分离以及合成菌群技术进一步发掘氮耐受型和敏感型内生菌的功能。

关键词： 七彩花生 施氮 根瘤内生菌 化学计量特征 PICRUSt 2