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N2O还原菌对菌丝分泌物的趋化、生长和N2O减排响应

来源: 发布时间:2024-07-15 21:33:51 浏览:105 次

丛枝菌根真菌(AMF)是重要的土壤生物,其广泛的菌丝形成了独特的菌丝际,与参与氮循环的活性微生物有关联。然而,AMF和菌丝际相关微生物互作影响作物残茬区N2O排放的潜在机制尚不清楚。


本研究利用扩增子和宏基因组测序探索了参与N2O产生和消耗的菌丝际关键微生物。通过体外培养和回接试验,研究了分离的N2O还原菌对菌丝分泌物的趋化、生长和N2O减排响应。


芬兰Bioscreen全自动生长曲线分析仪的应用


CB培养基(见血清瓶测定法)用于测定荧光假单胞菌JL1对菌丝分泌物或其主要化合物的生长反应。培养基中补充了300 mg L−1 NH4+-N(NH4Cl)和10%的维生素(相对于MSR培养基),以确保细菌同化的充分性。将荧光假单胞菌JL1悬浮液接种到250μL CB培养基中,并在10×10孔蜂窝微孔板中培养(初始OD600值0.05)。使用Bioscreen C自动微生物生长曲线分析系统(Oy-growth Curves Ab,Turku,Finland)在30°C下每2小时测量OD600值测24小时,每次处理4个重复。


研究结果:AMF菌丝减少了富含C和N的残茬中反硝化作用产生的N2O排放(最大可降低63%)。AMF一致地增加了nosZI基因的丰度和表达。菌丝际N2O排放的减少与AMF特异性富集的N2O还原细菌假单胞菌有关,与参与细菌柠檬酸循环的关键基因的相对丰度增加相一致。分离出的完全反硝化细菌荧光假单胞菌菌株JL1(nosZI型)的表型特征结果表明,N2O排放的减少是由于AMF菌丝分泌物(如羧酸盐)上调了JL1菌株nosZ基因表达的结果。这些结果在荧光假单胞菌的回接试验得到进一步验证,菌丝密度与nosZI基因丰度之间的正相关也在一个长达11年的田间试验得到验证。

图1、试验流程图

图2、两种AMF处理下斑块室N2O排放情况

图3、在没有或有AMF的情况下,nirK、nirS、nosZ(I族和II族)的基因和转录物拷贝,以及nosZ I/(nirK+nirS)比例

图4、菌根对不同斑块室中的nosZ群落结构,N2O排放与假单胞菌丰度之间的相关分析图


研究结论:AMF和菌丝上的N2O还原细菌假单胞菌的协同作用显著减少了微域N2O排放。菌丝分泌的羧酸盐作为吸引剂招募荧光假单胞菌,也作为刺激剂触发nosZ基因的表达。本研究表明,加强AMF和菌丝际微生物组之间的协同作用能刺激富养分微域N2O消耗,从而减少土壤N2O排放。这为开发跨界微生物互作促进农业可持续发展和减缓气候变化开辟了新的途径。


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