石漠先锋植物金银花-根际解磷菌的协同解磷机理研究

Phosphorus deficiency is a main limiting factor of vegetation and soil restoration in rocky desertification habitat. The rock desert pioneer plant – honeysuckle (Lonicera japonica) is with good water-soil conservation effect and economic value. The adaptation of honeysuckle to P deficiency habitat is closely related to rhizospheric P solubilizing microorganism, whereas the synergistic P solubilizing mechanism between plant and microorganism is still unclear. Based on the fact that microorganisms with excellent P solubilizing capability existed in the rhizosphere of wild honeysuckle, this project intend to: 1. to collect honeysuckle plant and rhizospheric soil in rock deserts with different degree of degeneration in southwest Guizhou.PCR-DGGE analysis and 16S rDNA technologies were used to explore the quantity, genetic diversity and P solubilizing characteristic of the P solubilizing microorganism in the rhizosphere of honeysuckle; 2. to explore P solubilizing efficiency of plant-microorganism synergistic system on the basis of soil total and available P content, and to explore the correlation and interaction among community characteristics of P solubilizing microorganism, plant nutrient and soil nutrient; 3. to study the effect of honeysuckle sap and root exudates on the resistance and P solubilizing capability of rhizospheric P solubilizing microorganisms; to reveal the synergistic P solubilizing mechanism between microorganism-plant system of honeysuckle and the rhizospheric P solubilizing microorganism under severe rock desert habitat, so as to provide basis for the study of rocky desert plant community establishment mechanism and restoration in soil nutrients.

缺磷是石漠化生境植被和土壤恢复的主要限制因素之一。石漠先锋植物金银花(Lonicera japonica)有良好的水土保持作用和经济价值。该植物对缺磷生境的适应性与根际解磷菌密切相关，但其菌-植协同解磷机理尚未明确。本项目在前期工作观察到石漠野生金银花根际存在强解磷能力菌株的基础上，拟通过(1)在贵州西南不同石漠退化程度的典型生境中采集金银花植株及根际土壤。以PCR-变性梯度凝胶电泳分析结合16S rDNA 测序为主要技术手段，探讨金银花根际解磷菌的数量，多样性及解磷特性；(2)根据植株和土壤全、速效磷含量探讨菌-植协同解磷体系的解磷效率；探讨根际解磷菌群落特性、植株养分和土壤养分三者间的相关性和互作机理；(3)研究金银花植株体液和根系分泌物对根际解磷菌抗逆性和解磷能力的影响；揭示金银花-根际解磷菌在石漠生境下的菌-植协同解磷机理，为石漠植物群落建成机制和土壤养分恢复提供研究基础。

为探究石漠先锋植物金银花与其根际解磷菌的协同解磷机理，明确解磷菌在金银花植株体及根际土壤中的分布特性，探明解磷菌与宿主协同适应石漠退化生境的机制。本研究以贵州典型石漠化生境下的金银花植株，根际土壤为研究材料，探讨了金银花-解磷菌协同解磷的效率和磷积累特性，以及金银花体液及根系分泌物对解磷菌耐逆的影响。经过4年的研究，项目已达到预期目标，获得以下重要发现：.1.明确了解磷菌在根际土壤及宿主植株各部位的普遍分布，且由植株形态学上端到下端依次增多。探明金银花植株内部存在数量庞大而多样的解磷菌群体，是其根际解磷菌的来源之一，而种子和根系是该群体依附传播的载体。揭示了金银花植株-解磷菌共同构建根际稳定生存环境并协同适应石漠生境的过程和机理。.2.证实了金银花-解磷菌间高效的协同解磷作用能确保双方在石漠生境中对养分的需求。发现了该菌-植协同解磷体系短期内积累有效磷的效率优于长期。随着植株生长年限增加、根际土壤菌群的竞争压力增大，该解磷效率随之降低。探明了解磷菌及金银花植株以有机酸为主，以磷酸酶类为辅的解磷特性。揭示了宿主根系通过释放选择性次生代谢物富集和调控根际解磷菌群落，并与之协同分泌有机酸和磷酸酶类，以及改变根际pH、竞争Fe、Al、Ca等离子的磷吸附位点，加快磷酸根向植株运输的协同解磷机理。.3.揭示了在金银花保护和调控根际/内生解磷菌耐受干旱及养分胁迫的机理。包括利用体液及根系分泌物在解磷菌遭受养分缺乏胁迫时提升其增殖速率和解磷能力，在解磷菌遭受干旱或极度养分胁迫时降低其代谢强度、增殖速率和解磷能力以保障其种群的延续，养分充足时又能在提高其解磷能力的同时抑制菌体增殖，防止其对养分和空间的过度消耗。并明确了解磷菌受宿主植株保护的同时亦促进宿主生长和养分吸收的互惠机制。. 以上科学发现和结论对于探讨石漠生境下的菌-植协同解磷机理，探索先锋植物与其内生菌协同适应极端生境的机制有重要的参考价值和科学意义。研究成果为深入开展漠境植物适生性研究，生物质缓释包埋磷肥以及石漠专用解磷促生菌剂的开发提供了理论基础和技术先导。经过本项目研究，已发表高质量学术论文9篇，申报专利5项，出版专著2部，有较高的科学价值和良好的应用前景。