ISME | 浙大徐建明教授组发文：长期养分输入改变不同农田生态系统中的微生物磷素循环功能特征
推荐：江舜尧
编译：郭修诚
编辑：小菌菌
文章摘要
研究背景：农田生态系统中，土壤微生物在磷（P）循环过程和植物磷素有效性的调控中起重要作用。然而，磷素转化微生物的功能和生态特性对长期养分输入的响应机制鲜有报道。
方法：该研究基于四个长期定位试验（最高年限达39年），通过宏基因组学等技术探讨了长期氮输入和磷输入对土壤磷素转化微生物功能基因的影响规律。
结果：长期磷输入降低磷饥饿响应基因（phoR）的丰度，却增加了低亲和力无机磷酸盐转运蛋白基因（pit）的丰度，从而促进微生物对磷素的吸收固定。该结果对短期培养实验中“缺磷促进微生物对磷素的吸收固定”的传统认识是一种补充。长期氮素输入显著降低土壤pH, 进一步降低微生物解磷基因的丰度，削弱关键磷素转化基因之间的联系，并降低放线菌、γ-变形杆菌、α-变形杆菌等碱性解磷微生物的丰度。该结果挑战了“氮磷元素计量比决定微生物解磷能力”的传统认识。
结论：本文研究结果表明，长期养分输入显著改变土壤磷素转化功能微生物的基因组成。长期氮输入降低微生物磷溶解和磷矿化潜能，而长期磷输入促进微生物对磷素的吸收固定。该研究从微生物功能基因角度为可持续农业生态系统中的磷素循环过程的调控提供了新的视角。
文中重要图片说明：
图1 | 基于非度量多维尺度图（NMDS）分析的长期氮和磷输入下土壤磷素转化功能微生物的基因组成。
图2|微生物磷饥饿响应基因（1）、无机磷溶解和有机磷矿化基因（2）和磷吸收转运基因（3）对长期磷输入的响应机制。
图3| 微生物磷饥饿响应基因（1）、无机磷溶解和有机磷矿化基因（2）和磷吸收转运基因（3）对长期氮输入的响应机制。
图4| 长期氮和磷输入下土壤微生物磷素转化功能基因的共线性网络分析
图5 | 长期氮和磷输入下编码PQQDGH（gcd）和碱性磷酸酶（phoA和phoD）的功能微生物（纲水平）丰度的变化规律。
图6 | 基于结构方程模型（SEM）分析揭示长期氮和磷输入通过改变土壤pH和N：P比来调控磷素转化功能微生物的基因组成。
图7 | 微生物磷吸收转运基因、无机磷溶解和有机磷矿化基因和磷饥饿响应基因对长期氮和磷输入的响应机制汇总图。
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