N2O還原菌對(duì)菌絲分泌物的趨化、生長(zhǎng)和N2O減排響應(yīng)
叢枝菌根真菌(AMF)是重要的土壤生物，其廣泛的菌絲形成了獨(dú)特的菌絲際，與參與氮循環(huán)的活性微生物有關(guān)聯(lián)。然而，AMF和菌絲際相關(guān)微生物互作影響作物殘茬區(qū)N2O排放的潛在機(jī)制尚不清楚。
本研究利用擴(kuò)增子和宏基因組測(cè)序探索了參與N2O產(chǎn)生和消耗的菌絲際關(guān)鍵微生物。通過(guò)體外培養(yǎng)和回接試驗(yàn)，研究了分離的N2O還原菌對(duì)菌絲分泌物的趨化、生長(zhǎng)和N2O減排響應(yīng)。
芬蘭Bioscreen全自動(dòng)生長(zhǎng)曲線分析儀的應(yīng)用
CB培養(yǎng)基（見(jiàn)血清瓶測(cè)定法）用于測(cè)定熒光假單胞菌JL1對(duì)菌絲分泌物或其主要化合物的生長(zhǎng)反應(yīng)。培養(yǎng)基中補(bǔ)充了300 mg L?1 NH4+-N（NH4Cl）和10%的維生素（相對(duì)于MSR培養(yǎng)基），以確保細(xì)菌同化的充分性。將熒光假單胞菌JL1懸浮液接種到250μL CB培養(yǎng)基中，并在10×10孔蜂窩微孔板中培養(yǎng)（初始OD600值0.05）。使用Bioscreen C自動(dòng)微生物生長(zhǎng)曲線分析系統(tǒng)（Oy-growth Curves Ab，Turku，F(xiàn)inland）在30°C下每2小時(shí)測(cè)量OD600值測(cè)24小時(shí)，每次處理4個(gè)重復(fù)。
研究結(jié)果：AMF菌絲減少了富含C和N的殘茬中反硝化作用產(chǎn)生的N2O排放（最大可降低63%）。AMF一致地增加了nosZI基因的豐度和表達(dá)。菌絲際N2O排放的減少與AMF特異性富集的N2O還原細(xì)菌假單胞菌有關(guān)，與參與細(xì)菌檸檬酸循環(huán)的關(guān)鍵基因的相對(duì)豐度增加相一致。分離出的完全反硝化細(xì)菌熒光假單胞菌菌株JL1（nosZI型）的表型特征結(jié)果表明，N2O排放的減少是由于AMF菌絲分泌物（如羧酸鹽）上調(diào)了JL1菌株nosZ基因表達(dá)的結(jié)果。這些結(jié)果在熒光假單胞菌的回接試驗(yàn)得到進(jìn)一步驗(yàn)證，菌絲密度與nosZI基因豐度之間的正相關(guān)也在一個(gè)長(zhǎng)達(dá)11年的田間試驗(yàn)得到驗(yàn)證。
圖1、試驗(yàn)流程圖
圖2、兩種AMF處理下斑塊室N2O排放情況
圖3、在沒(méi)有或有AMF的情況下，nirK、nirS、nosZ（I族和II族）的基因和轉(zhuǎn)錄物拷貝，以及nosZ I/（nirK+nirS）比例
圖4、菌根對(duì)不同斑塊室中的nosZ群落結(jié)構(gòu)，N2O排放與假單胞菌豐度之間的相關(guān)分析圖
研究結(jié)論：AMF和菌絲上的N2O還原細(xì)菌假單胞菌的協(xié)同作用顯著減少了微域N2O排放。菌絲分泌的羧酸鹽作為吸引劑招募熒光假單胞菌，也作為刺激劑觸發(fā)nosZ基因的表達(dá)。本研究表明，加強(qiáng)AMF和菌絲際微生物組之間的協(xié)同作用能刺激富養(yǎng)分微域N2O消耗，從而減少土壤N2O排放。這為開(kāi)發(fā)跨界微生物互作促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和減緩氣候變化開(kāi)辟了新的途徑。
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