PNAS | 英国谢菲尔德大学揭示豆科植物与微生物群落的互作释放了森林生长中的矿质营养！

木本豆科植物构成了全球热带森林中丰富且功能上重要的组成部分，其固氮共生关系，与早期次生演替中的生长和募集有关（Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！）。但是，目前尚不清楚N₂固定者如何满足对营养不良的热带土壤中快速生物量积累所施加的无机营养的高要求。

近日，国际权威学术期刊PNAS发表了由英国谢菲尔德大学David J. Beerling教授和巴拿马史密森尼热带研究所领导的研究小组的最新研究发现，题为Legume–microbiome interactions unlock mineral nutrients in regrowing tropical forests的研究论文。研究人员发现，固氮豆科树木不仅可以增加氮素的获取，而且可以通过增强矿物质的风化作用获得其他关键营养物质，从而支持自身和周围树木的生长。该发现为固氮树木在维护生物圈内热带森林功能方面的作用提供了新见解。这些发现还可能有助于为从业人员和政策制定者提供信息，告诉他们如何最好地在退化的土地上重新造林，并帮助实现缓解气候变化的目标。

研究人员发现固氮的豆科树木如何通过加速风化进程，为自身和森林中的周围树木释放重要养分来克服在古老、营养贫乏的热带土壤上生长的限制。树木能够通过局部酸化土壤并调节土壤的碳氮比，加速矿物风化过程，从而最终改变微生物群落。土壤微生物的这种变化增加了养分的获取，并有利于分解铁的细菌，释放出对树木生长至关重要的铁结合矿物质。豆科树木在森林恢复过程中也特别重要，因为它们能够向土壤中供应新鲜的氮，氮被细菌分解后被豆科树木及其周围的树木利用。

科研人员的研究表明，豆科植物不仅通过与根部细菌的共生作用提供了宝贵的氮，而且与土壤中的细菌相互作用。自由活动的土壤细菌，使营养物质得以化学释放。研究人员发现了一群新型的嗜酸细菌，它们是释放豆科树木下铁矿物质中锁定的矿物营养的关键，并且这些益处可以传递到附近的树木上。通过使用先进的基因组测序技术，科研人员解决了一个长期存在的难题，即快速生长的树木如何从营养不良的土壤中获取足够的养分来支持它们的生长。结果证明，答案是利用专门的土壤微生物联合体，这些联合体的新陈代谢使它们能够有效地分解岩石并提取其中所含的养分。

图1. 固氮的豆科树木与热带森林土壤中矿物的风化作用增强以及土壤碳氮比和土壤pH值降低有关

图2. 与热带森林中风化的矿物相关的微生物群落的宏基因组学分析将微生物群落的呼吸作用、氮和碳水化合物代谢潜力增加，与增强N₂-固定者的风化作用联系起来

图3. 宏基因组潜力的改善对铁和硫的减少和厌氧代谢释放铁结合P的影响一N₂固定者也可以传递给附近非固氮树的好处

图4. 热带森林土壤中的铁循环基因库以嗜酸菌为主

图5. 固氮豆科植物通过改变土壤pH和C:N比来改变土壤微生物组

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