根际微生物在植物养分获取以及碳、氮循环中发挥着重要作用,而植物细根(包括吸收根和运输根)与根际微生物群落关系密切.阐明火后森林恢复过程中先锋树种细根性状的变化与根际微生物群落的关系,可为基于细根和根际微生物动态的火后植被恢复管理提供理论支持.该研究以大兴安岭30年时间序列火烧迹地先锋树种白桦(Betula platyphylla)为研究对象,利用16SrRNA高通量测序技术,分析了火后恢复过程中白桦根际细菌群落结构与土壤性质和细根性状的关系.结果表明,火后恢复时间显著影响土壤pH、吸收根性状和根际细菌α多样性.随火后时间的增加,土壤pH呈先升高后下降再升高的趋势,吸收根比根长和比表面积呈先升高后下降的趋势.火后9年是白桦根际细菌α多样性逐渐回升的转折点.不同火后恢复时间根际细菌群落主要优势门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和酸杆菌门(Acidobacteriota),主要优势属为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).玫瑰弯菌属(Roseiarcus)、酸球菌属(Acidipila)以及分枝杆菌属(Mycobacterium)等优势属的相对丰度在不同火后恢复时间中差异显著.根际细菌α多样性主要受土壤pH和吸收根比根长的显著影响,细菌群落结构变化受细根的碳、氮含量和运输根磷含量的影响.综上,细根、土壤和微生物之间的互作共同影响了根际细菌的群落结构及多样性,从而塑造了根际环境,促进火后生态系统的恢复.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态.结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤.(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强.(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系.细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关.研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象.

于2019年10月浒苔消亡期调研威海浒苔爆发区,以被浒苔覆盖的盐地碱蓬与正常生长盐地碱蓬为研究对象,调查了浒苔爆发对盐地碱蓬生长性状的影响,并结合Illumina Miseq高通量测序技术解析盐地碱蓬根际土壤解磷细菌群落多样性.结果表明:被浒苔覆盖的盐地碱蓬根际土壤含水率、电导率均显著高于未覆盖植株,其株高和根长也都显著低于未覆盖植株;浒苔爆发对盐地碱蓬根际解磷细菌群落丰富度无显著影响,但影响盐地碱蓬根际解磷细菌的均匀性,增加了解磷细菌的群落多样性;与正常植株相比,浒苔覆盖盐地碱蓬根际土壤解磷细菌群落在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria),Labrenzia、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、红杆菌属(Rhodobacter)、黄单胞菌属(Xanthomonas)和链霉菌属(Streptomyces)均具有丰度差异;对影响解磷细菌群落结构变化的主要环境因子进行分析发现,速效钾、速效磷、碱解氮与解磷细菌多样性变化呈显著正相关.上述结果为揭示浒苔爆发对滨海湿地优势盐生植物根际功能微生物多样性的影响机制提供了依据.

[背景]加工番茄为新疆种植红色产业重要的作物之一,加工番茄生产中存在传统配料过度施用的问题,"生物肥"逐渐受到人们关注.[目的]探究混合菌剂对加工番茄生长的影响,激发根际土壤功能性微生物种群的变化,为未来微生物菌剂的开发利用提供理论和实践基础.[方法]加工番茄根际施加微生物混合菌剂,测定加工番茄生长发育期间的农艺性状,探究混合菌剂对加工番茄生长的影响,利用 16S rRNA基因扩增子分析技术,探究混合菌剂对根际微生物的群落组成及群落结构的影响.[结果]经过混合菌剂处理后,加工番茄的一些生长状况指标、果实重量、单株结果数及果实含糖量等性状得到改良,影响了果实的品质;施加混合菌剂激发土壤微生物的种群数量、群落组成和群落结构的改变,其中放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度提高,相关性分析表明对加工番茄生长产生了影响.[结论]加工番茄根际施用特基拉芽孢杆菌C-9 与鞘氨醇杆菌A1 制备的水分散混合菌剂,对加工番茄根际功能性微生物群落结构产生影响,一些功能性微生物的相对丰度提高,混合菌剂施加促进了根际微生物与植物的相互作用,使得加工番茄果实品质得到改良.

目的:探究施用生防菌剂对浙贝母产量、质量、蛴螬防治效果及根际土壤的影响.方法:以江苏浙贝母鳞茎为实验材料,在大田条件下设置不同浓度的金龟子绿僵菌孢子粉+三菌合剂"宁盾"(S1、S2、S3)、常规化学药剂(40%辛硫磷乳油,CG)四个组,以不施药作为空白对照(CK),进行试验.结果:菌剂处理的三个组(S1、S2、S3)的浙贝母植株各外观性状指标大多比CK、CG组高,且CG组略高于CK组.S1、S2、S3 三个组的鳞茎受蛴螬的危害较CK、CG组明显降低,且产量均有显著提高.同时S1、S2、S3 三个组的生物碱含量及土壤中的速效钾、有效磷和电导率明显高于CK组,但与CG组差异不大.S2 组的土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均较CK组显著提高,与CG组无显著差异.S1、S2、S3 三组土壤细菌中的厚壁菌门相对丰度较CK、CG组有所提高.S1、S2、S3 三组土壤真菌中的子囊菌门相对丰度较CK组有所提高,较CG组有所降低.结论:施用生防菌剂能够防治蛴螬、促进浙贝母的生长和改善其品质,并能提高土壤营养和改善微生物群落结构.本研究为在浙贝母生产中合理应用生防菌剂提供理论依据.

林木细根物候是观测全球变暖影响的重要指标.全球变化背景下,细根物候不仅反映林木的生长状况变化,也揭示着陆地生态系统碳循环和地下碳分配动态.林木细根物候对气候变化的响应是全球变化研究的热点和难点,国内外已开展了大量研究工作,目前部分研究认为土壤增温将延长林木细根的物候期,并且北半球一些地区春季物候期、生长高峰期均提前,而大气增温有可能抑制细根生长,推迟其物候期,此外还有研究发现表层土壤中的根系物候受增温的影响可能比深层根系更大.同时,一些学者将细根物候与根际土壤环境、微生物和地上物候几个方面相联系以研究其响应机制,但细根物候如何响应气候变暖以及这些响应可能的机制仍未有定论.为此,该文系统阐述了全球变暖背景下林木细根物候的研究进展,以期为地下物候学研究以及林木对全球变化的响应和适应机制研究提供参考,并认为今后还需加强以下几个方面的研究:1)改进和探索更精确的模拟增温方式并开展更长时间尺度的量化研究;2)探究变化环境下林木根系不同功能模块(如吸收根/运输根,纤维根/先锋根)与其物候的联系,即将"环境-性状-物候"相关联;3)综合考虑根系物候的控制因素在不同地下物候相(根系生长开始、生长峰值、生长停止)、物种、土层的差异性;4)关注地下、地上物候相互关联及其对植物生产力影响的研究;5)增温与其他环境因子(CO2浓度、氮沉降等)综合作用下的林木地下物候与生态系统功能变化(如碳汇、养分循环等)间联系应是未来研究的重点方向.

水位脉动、干湿交替是影响消落区植物群落分布和土壤稳定性的关键环境驱动力,消落区植物群落是影响土壤团聚体稳定的重要因素,研究消落区植物群落结构和功能性状对土壤团聚体稳定性的影响有助于预测消落区植物演替过程和揭示其对岸带稳定的影响机制.本文总结了国内外相关研究,综述了植物群落对干湿交替环境的响应,同时基于植物功能性状对干湿交替的响应重点阐述了其对土壤团聚体粒径稳定性的影响.未来研究应该重点关注根系构型性状和根际微生物性状对土壤团聚体的影响,并加强消落区不同胁迫强度和演替阶段植物群落组成、地上-地下性状对土壤团聚体稳定性的研究,进而探究水位脉动条件下植物群落对土壤团聚体稳定的影响机制,为消落区生态调节、生态恢复提供理论支撑.

[背景]解析植物微生物群落结构是利用微生物组工程强化植物抗生物和非生物胁迫水平、提高农林产品质量和品质的基础.固氮根瘤是沙棘具有抗旱、抗寒和抗贫瘠等多种优良生物性状的关键.[目的]比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落结构的组成及影响因素,为揭示沙棘-弗兰克氏菌共生和植物-微生物互作协同抗逆机制提供理论基础.[方法]从辽宁、陕西和山西采集样品,通过 16S rRNA基因 V3-V4 可变区的高通量测序技术,采用生物信息学方法比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落组成和丰度差异,并探索土壤土理化性质对根际土细菌群落结构的影响.[结果]沙棘根际土和根瘤内的细菌群落均以放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为主要优势菌门,且根瘤内弗兰克氏菌属(Frankia)为绝对优势菌属;根际土前 10 个优势菌门的丰度在三地样品间均存在显著差异,仅存在唯一共有的优势菌属(鞘氨醇单胞菌属,Sphingomonas),且前 35 个优势属中有 27 个属在三地间存在明显丰度差异;土壤pH和速效钾是沙棘根际土细菌群落多样性的主要影响因子;根瘤内优势门和属在三省份间存在高度的保守性,仅异根瘤菌属(Allorhizobium)存在显著丰度差异;受宿主选择的影响,根际土和根瘤内细菌多样性和丰富性存在不完全的统一性.[结论]沙棘根际土细菌群落多样性受土壤pH和速效钾的强烈影响,沙棘根瘤通过自宿主选择从根际土中筛选获得相对保守和稳定的细菌群落.

[背景]植物根际促生菌在促进植物生长、提高植物系统抗性及改善土壤养分状况等方面具有极大的应用潜力.[目的]为微生物菌肥的开发利用提供高效微生物资源.[方法]采用稀释涂布平板法分离烟草根际土壤可培养细菌,利用PVK培养基筛选具强溶无机磷活性的菌株,结合钼锑抗比色法测定菌株溶磷活性;利用Salkowski's比色液检测菌株产吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)活性;以菌株溶磷量和IAA产量为指标,采用单因素试验设计进行发酵条件优化,以得到菌株溶磷活性和产IAA的最佳发酵方案;基于种子促发芽及幼苗促生长试验验证菌株的促生效果;结合形态学、生理生化和 16S rRNA基因序列对菌株进行分类学鉴定.[结果]于烟草根际土壤分离得到 127 个不同分类的菌株,10 个菌株具溶无机磷的能力,其中菌株SH-1464 溶磷活性最强,溶磷圈直径为 16.11 mm,溶磷量为 119.22 mg/L;Salkowski's比色结果表明,菌株具有极强的产IAA活性,为 39.88 μg/mL.单因素试验结果表明,菌株SH-1464 溶磷的最佳碳源为 10 g/L葡萄糖,最佳氮源为 0.5 g/L蛋白胨,最佳无机磷源及其添加量为 2.5 g/L磷酸三钙,最佳初始pH值为 7.5,温度 30℃,转速 200 r/min;菌株SH-1464 产IAA最佳培养条件为:麦芽糖 10 g/L,酵母粉 5 g/L,NH4NO3 10 g/L,氯化钾 2.5 g/L,L-色氨酸 0.1g/L,pH 6.5,温度 30℃,转速 180 r/min.基于单因素试验结果进行优化前后菌株溶磷量及IAA产量对比试验可知,优化后菌株的溶磷量为 225.9 mg/L,提升 84.5%;IAA产量为 75.3 μg/mL,提升 88.8%.促生试验结果表明:菌株SH-1464 处理下番茄种子的发芽率提高 84.5%,株高提高 55.1%,茎围提高 32.5%,根长、根重分别提高 16.4%和 149%,地上部分鲜重和干重分别提高 172.2%和 203.6%.结合形态学和分子生物学鉴定菌株SH-1464 为拟蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides,GenBank登录号为ON417365,保藏号为CCTCCM 2022924);此外,菌株还具有产蛋白酶、产纤维素酶、固氮、分泌铁载体的能力.[结论]菌株SH-1464 具有强溶无机磷、固氮、分泌 IAA、产蛋白酶、产纤维素酶及分泌铁载体等能力,可显著提高番茄种子的发芽率,对番茄幼苗株高、茎围、根长、根重、地上部分鲜重和干重等农艺性状具有显著促进作用,可作为高效微生物资源在微生物菌剂的开发利用等方面展现广泛应用前景.