豆科植物根际激发效应产生机制的研究

The priming effect (PE) is ubiquitous in the soil environment, but its generation mechanism is still unclear. Numerous studies have shown that PE would be affected by plant species, soil properties and microbial species, therefore, PE in the plant rhizosphere might be attributed to the interactions of plant, soil and microorganisms. Despite being the dominant drivers of PE, the mechanistic understanding of microbial regulation in PE remained less documented. Previous studies have found that PE tended to be higher in the soils with high levels of nitrogen and composite organic materials. This project will decipher the process of PE in legume rizhosphere, and elucidate the changes of microbial community structure, and the correlations between key functional genes and gaseous fluxes (e.g. the emission of CO2) during this process. Complete understanding of the predominant microbes and functional genes responsible for the PE is essential to interpret the corresponding microbial mechanisms, thereby providing evidence for the mediation of terrestrial carbon and nitrogen cycling.

激发效应在土壤中普遍存在，但它的产生机制目前尚不清楚。研究表明植物品种、土壤性质、微生物种类均会影响激发效应的大小，因此植物根际激发效应的产生是植物、土壤以及微生物三方共同作用的结果。作为激发效应产生的主要驱动者，微生物是如何参与激发效应的产生目前还不是很清楚。过去的研究发现含氮比例高、复合有机物刺激的土壤易产生较高的激发效应。因此，本项目拟针对豆科植物根际激发效应的产生过程，研究土壤微生物的群落结构及其演变特征、关键微生物功能基因及其与相关通量（如CO2的释放）之间的关系；明确对激发效应产生起主要贡献的微生物及其功能基因，揭示豆科植物根际激发效应产生过程中微生物的作用机制，为土壤碳、氮元素循环过程的调控提供依据。

激发效应在根际土壤中是普遍存在的，但我们对它的发生机制尚不清楚。本项目以大豆作为研究对象，设置不同施肥处理方式及根瘤菌接种，研究土壤理化性质、植物以及根际微生物三者与根际激发效应之间的关系。我们的研究明确了大豆的生长期是影响根际激发效应及真菌群落结构的主要因素；在激发效应发生过程中，我们对根际土壤微生物的群落结构分析显示土壤细菌Proteobacteria，Actinobacteria和Acidobacteria门在各个阶段土壤中普遍存在，而土壤真菌Sordariomycetes，Dothideomycetes, Agaricomycetes和 Eurotiomycetes在土壤微生物中占主导优势，其中Sordariomycetes在开花期和结荚期丰度明显升高，可能是促进根际激发效应发生的主要微生物类群；通过相关性分析，我们发现EC值、NO3--N和有效磷与接种期大豆根际的真菌群落结构显著正相关；而NH4+-N与花期和结荚期真菌的群落结构显著正相关。这说明土壤理化性质、作物生长与根际微生物群落结构息息相关，它们共同影响着根际激发效应的发生。这些结果对于理解根际激发效应发生过程中微生物的作用机制具有重要意义，可为土壤碳氮元素循环过程的调控提供依据，并为指导我国农业生产提供理论基础。