New Phytologist | 康奈尔大学研究揭示植物-菌根共生体通过气态氨转运获取大量土壤氮！

氮的可用性影响世界范围内的生物多样性、气候和净初级生产力。对控制地下氮转化、运输和生物吸收因素的理解会影响气候模型和土地管理策略。然而，目前对N循环的理解上的差距继续构成重大的全球挑战。例如，在农业系统中，植物生长需要足够的氮，但过量或不及时施氮会导致富营养化、温室气体排放和一系列复杂的环境反应。尽管氮在生物圈中起着关键作用，并且对氮循环和管理进行了广泛的研究，但氮储量和通量估计的不确定性通常超过±30-50%。这种广泛的不确定性部分是由于对N循环的机制理解不完整导致的，包括控制植物N获取的过程。

非豆科植物被认为主要通过根部吸收铵(NH⁴⁺)或硝酸根(NO^3-)离子（通过矿物或有机施肥、大气沉积或作为有机物质的分解产物提供）以及一定数量的N来自有机小分子或通过与土壤生物的互惠互作。植物还通过其气生组织吸收各种其他的N（如NO_y和NH₃气体），对植物同化的N的净平衡和同位素组成、生态相互作用、大气化学和全球N预算有重大影响。探究根系获取这些N的研究仍然相对较少。然而，无水NH₃肥料的广泛使用提供了经验证据，表明根可以从地下NH₃气体中获取大量的N。NH₃气体也可能是未施肥系统中植物氮的相关来源；天然植被的土壤向大气释放超过 2.4 Tg NH_3-N yr^-1。如果这种数量的NH₃气体从土壤中释放到大气中，可以假设大量的地下NH₃事先被植物或微生物转化或拦截（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！PNAS | 南京农大和美国德州理工大学研究揭示菌根真菌介导的水稻氮素吸收！微生物和氮循环；“少肥多产”不是梦）。

近日，权威期刊New Phytologist发表了美国康奈尔大学Johannes Lehmann教授团队的最新相关研究成果，题为Plants and mycorrhizal symbionts acquire substantial soil nitrogen from gaseous ammonia transport的研究论文。

（1）氮(N)是一种必需营养元素，在许多生态系统中限制植物生长。本文研究了陆地N循环中一个被忽视的组成部分——地下氨(NH₃)气体运输及其对植物和菌根N获取的贡献。

（2）本研究使用受控的稳定同位素和成像来研究NH₃气体流出的土壤驱动因素，跟踪源自¹⁵NH₃气体或富含¹⁵N的有机物的横向地下N传输，并评估来自该气体传输途径的植物和菌根N同化。

（3）NH₃从土壤有机质中释放出来，在地下移动，并有助于根和真菌的N含量。非生物土壤特性（pH 值和质地）可能影响地下运输的NH₃数量。与丛枝菌根 (AM) 真菌共生可以显著增加植物对NH₃-N的吸收。二穗短柄草从以气体形式在地下移动的有机质N中获得了植物总N的 6-9%。AM 真菌Rhizophagus irregularis的定殖与从地下NH₃气体中获取的植物N总量增加两倍有关。

（4）NH₃气体的运输和吸收途径可能与更常见的土壤根本不同，值得进一步研究。

图1. 地下植物获取NH_3-N

图2. 地下植物从有机物中获取NH_3-N

图3. 暴露于¹⁵NH_3-N后菌根的光学显微镜和NanoSIMS图像

图4. NH_3-N流出量与土壤性质的关系

图5. 影响植物和微生物无机氮获取的主要地下氮转化和运输途径

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