Microbiome | 唐才贤团队揭示二氧化碳浓度升高改变小麦根际微生物组成和代谢以矿化有机磷！

磷 (P) 作为生命的主要组成部分，对土壤生物群落至关重要。尽管许多土壤中总磷含量丰富，但在许多土壤中含量较低的正磷酸盐是植物和微生物可利用的唯一形式的磷。土壤中不稳定的P需要活化以增加P的有效性并改善植物和其他生物群落的P营养。由于有机磷占土壤总磷的80%，土壤微生物对有机磷的矿化可能成为磷转化的一个重要过程，尤其是有机磷主要成分的矿化。如植酸盐占有机磷的50-60%。了解大气CO₂ (eCO₂) 升高对植物根际 P 转化的影响对于维持生态可持续性以应对气候变化至关重要，尤其是在土壤磷利用率低的农业系统中。

2022年1月24日，国际权威学术期刊Microbiome发表了澳大利亚拉筹伯大学唐才贤教授团队的最新相关研究成果，题为Elevated atmospheric CO₂ alters the microbial community composition and metabolic potential to mineralize organic phosphorus in the rhizosphere of wheat的研究论文。

这项研究使用rhizoboxes将根际区域（植物根-土壤界面）物理分离成1.5毫米的片段。小麦在eCO₂ (800 ppm) 和环境CO₂ (400 ppm) 下在两种农业土中下生长，并辅以植酸盐（有机磷）。用¹³CO₂标记追踪植物-土壤中的光合碳流。扩增子测序是在根系生长区以及距根部1.5 mm和3 mm处的根际相关微生物群落中进行的。

升高的CO₂加速了根际植酸盐的矿化，这与植物来源的¹³C的增加及细菌群落中含有拟杆菌和芽单胞菌的系统发育支系的相对丰度以及真菌群落中丛枝菌根摩西管柄囊霉的相对丰度相对应。尽管与eCO₂处理下促进植酸盐矿化相关的扩增子序列变体 (ASV) 在两种土壤之间存在差异，但这些ASVs属于与植酸酶和磷酸酶生产有关的相同植物门系。eCO₂条件下小麦根际的共生菌根受益于植物C供应的增加和对土壤P的获取增加。进一步的支持性证据eCO₂诱导的表达戊糖磷酸途径的基因库增加，这是RNA/DNA前体生物合成的中心途径。结果表明，eCO₂条件下增加的地下碳流量刺激了细菌生长，改变了群落组成，有利于能够降解芳香族P化合物的系统发育型。研究表明，在eCO₂条件下，细菌对合成代谢过程的能量投入会增加，以提高微生物磷的利用效率，并且与共生菌根的协同作用进一步增强了有机磷的竞争和矿化。

图1. 根际矿化植酸盐和有效磷

图2. 根际微生物生物量C 、微生物P、土壤呼吸速率、微生物-C-P 比和单位微生物P的呼吸速率

图3. 根际矿化植酸盐与Olsen P、微生物-C-P比及每单位微生物P的微生物呼吸之间的关系

图4. 根际细菌和真菌物种丰富度、Shannon和Pielou指数

图5. 小麦根际土壤细菌和真菌群落组成

图6. 二氧化碳浓度升高对细菌系统发育群（系统发育因子）的影响

图7. 二氧化碳浓度升高对根际真菌属丰度（中心对数比）的影响

图8. 微生物代谢途径相对丰度的热图

图9. 在二氧化碳浓度升高的情况下生长的小麦根际中微生物获取植酸盐的能力模式图

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