怎样简单设计根际微生物对胁迫条件响应的实验 | 微生物专题

发表时间：2021.12.14

发表期刊：Front. Microbiol.（IF 5.640）

研究背景：

生物炭在农业中已被广泛用于多种生产目的，包括提高土壤微生物生物量。微生物的生存对植物生长、产量和土壤性质至关重要，而根际是微生物活动的热点区域，大多数微生物在根际度过了它们的生命周期。本研究旨在探讨酸性生物炭对盐胁迫下玉米幼苗根际细菌丰度的影响。

研究对象：根际土壤微生物

研究方法：16S rRNA基因测序

研究设计：

试验处理包括两种生物炭和两种盐水平，采用完全随机设计的2×2因子方案（图1）。

共设置7个处理，每个处理设3个重复，分别为：

l 对照（不加生物炭和盐的对照），用CK表示；

l 在土壤中添加0 g、15 g和30 g生物炭/kg soil，分别用B0、B1、B2表示；

l 然后加入2.5 g和5 g盐/盆（在1 L水里）的盐溶液，分别用S1、S2表示。

合在一起即为CK、B0S1、B1S1、B2S1、B0S2、B1S2和B2S2。

播种后30天收获玉米幼苗，然后采集土壤样本（在每个花盆根际10厘米深的地方，用3.5厘米的不锈钢土样钻取器取样），采用16S测序分析土壤的微生物生物量、细菌丰度和多样性。

主要结果：

1. 生物炭在门、属水平上对微生物群落的影响

研究表明，酸性生物炭对根际土壤微生物群落有积极的影响。在生物炭的酸性pH条件下，门水平上的变形杆菌和属水平上的放线菌分别升高。盐度对微生物群落的影响要强于生物炭，因为在高盐度下发现了高丰度的藻类、拟杆菌属、双生单胞菌、酸杆菌、嗜热球菌和芽孢杆菌。较高的盐分、较低的生物炭率以及短期(仅30天)施用生物炭可能是造成土壤细菌种类丰度较低的原因（图1-2）。

图1 土壤细菌群落在门水平上的相对丰度

图2 土壤细菌群落在属水平上的相对丰度

2. 生物炭对细菌多样性和丰富度指数的影响

本实验表明，盐度对细菌群落结构（Chao1、Ace1和Shannon）产生了负面影响。而生物炭改良剂可以增加盐度胁迫下细菌的丰富度和多样性（表1）。

表1 酸性生物炭对菌群丰富度和Alpha多样性的影响

3. 生物炭与土壤微生物群落结构的关系

研究表明，在盐渍条件下，生物炭与微生物群落结构的明显相关（图3）。处理与对照（生物炭和非生物炭处理）土壤的群落结构分离明显，其原因可能是因为高盐度。

 图3 生物炭与非生物炭改良土壤微生物群落的主成分分析

主要结论：

酸化生物炭对盐渍化土壤的改良作用表明，在门和属水平上，生物炭对土壤微生物群落有一定的改善作用。酸性生物炭在门水平上提高了变形菌门、放线菌门和绿弯菌门的相对丰度。

在盐胁迫下，Actinomarinales、Alphaproteobacteria和Streptomyces在属水平上增加。酸性生物炭对细菌群落结构和多样性没有显著影响。土壤细菌群落的变化与生物炭对土壤总钾和总磷的改良密切相关。

综上所述，短期施用生物炭对土壤细菌群落结构有一定的积极影响。此外，应进一步研究酸性生物炭对土壤微生物群落和结构的长期影响。

参考文献：

Soothar MK, et al. (2021) Maize (Zea mays L.) Seedlings Rhizosphere Microbial Community as Responded to Acidic Biochar Amendment Under Saline Conditions. Front. Microbiol. 12:789235.

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