New Phytologist | 探索植物生长受化感作用影响的关键机制
原文信息
原文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19249
扫描二维码或者点击文末左下角“阅读原文”
研究内容
在生物多样性保护规划中，如何有效地利用有限的资源来实现最大的生态效益是十分重要的。一项由美国迈阿密大学的Daniel Revillini等研究人员在New Phytologist期刊上发表的研究中，研究人员以佛罗里达灌丛生态系统中的土壤和13种多年生草本植物作为研究对象，评估了化感作用对土壤微生物群落结构和功能的影响，以及探究了这些微生物变化如何影响植物的萌发和生产力。该研究为生物多样性保护规划提供了新的视角——利用土壤微生物群落调节化感作用，进而优化植物群落的结构和功能，提高生态系统中的生物多样性。
研究背景
化感作用是一种生态过程，指的是植物通过释放化感化学物质影响其他植物生长的生态过程，它在植物群落构建中扮演重要角色。尽管化感作用普遍存在并对植物性能有显著影响，但其对土壤微生物群落的直接影响以及这些微生物变化如何影响植物性能尚不清楚，了解这些相互作用对于制定有效的生物多样性保护策略具有重要意义。
主要结果
1.微生物群落结构的变化
在本研究中，研究者识别了在化感化学物质添加后显著变化的细菌和真菌类群，发现化感物质的添加显著改变了土壤微生物群落的组成和功能，特别是增加了潜在有益细菌的丰度，并减少了潜在病原真菌的丰度（图1），表明化感作用可以通过选择性地影响微生物群落的组成来发挥作用。
图1：在有无羟基肉桂酸（HCA）添加情况下的核心微生物类群。图中按出现频率和相对丰度检测阈值对核心细菌（上）和核心真菌（下）进行了着色和排序。星星、圆圈和箭头表示了在化感化学物质处理后新增到核心微生物群落、从核心微生物群落中移除以及出现频率增加的类群。
2.功能基因的响应
通过预测的细菌功能基因，发现化感化学物质诱导的微生物群落变化伴随着功能基因的显著响应，特别是与氮固定、氨氧化、亚硝酸盐还原和磷酸盐转运相关的基因（图3），这些变化可能影响土壤中营养物质的循环和植物的养分获取。
图3：对化感化学物质添加有显著响应的预测细菌功能基因。图中展示了与氮固定相关的基因nifQ的增加，以及与氨氧化、亚硝酸盐还原、磷酸盐还原和磷酸盐转运相关的基因amoA、nir、phn和ugp的减少。
3.植物性能的调节
化感化学物质会降低植物总生物量，但这种影响会被土壤微生物群落的存在所缓解（图4），这表明微生物群落可能通过改变土壤中化感化学物质的行为或通过直接与植物相互作用来调节植物对化感作用的响应。
图 4 ：植物对化感化学物质添加处理的总生物量响应，按有无微生物群落处理着色。(a) 表明所有植物物种的总生物量响应的均值，总生物量受到微生物群落的调节作用。(b) 表明单一植物物种Balduina angustifolia在微生物群落存在时对化感化学物质添加的响应，在微生物群落存在时，化感化学物质对总生物量的抑制作用较小。
4.微生物类群与植物性能的关联
特定的微生物类群和功能基因与植物性能指标（如萌发率、总生物量和根：地上生物量比率）之间存在显著的正负相关关系，某些微生物类群可能在植物对化感作用的适应性中发挥关键作用。
图 5: 三个植物性能响应与对化感化学物质添加有显著响应的微生物类群和预测细菌功能之间的显著（P < 0.05）线性混合效应模型（LMM）估计值。点代表均值LMM参数估计值，线代表标准误差。
5.提出了一个潜在的框架
该研究解释了生态压力频率与植物-微生物相互作用（PMI）响应之间的关系，提出了一个假设，即生态压力的频率与微生物介导的植物性能响应的强度成负相关(图5)，便于我们理解在环境压力下植物-微生物相互作用的强度，对于生物多样性保护和生态系统管理具有重要意义。
结论
本研究深入揭示了化感化学物质如何通过调整土壤微生物群落的结构与功能，进而影响植物性能的机制。研究发现，特定微生物类群与植物性能之间存在显著的相关性，这表明土壤微生物群落在缓和化感作用带来的负面效应中扮演着重要的角色。此外，本研究还提出了一个创新性假设，即生态压力的频率可能对微生物群落的介导效应产生影响。特别是在持续性的化感压力环境下，微生物群落可能更有效地促进植物性能的中性甚至正面响应。这些突破性的发现对于制定和实施生物多样性保护策略具有深远的意义，为进一步的生态学研究和生物多样性保护实践提供了宝贵的科学依据。
植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等。投稿及招聘请后台回复“投稿”，均为无偿；商务合作请联系微信ID：zwkxqy；
责任编辑：
相关知识
New Phytologist：万师强团队揭示降水季节变化对半干旱草原碳汇的影响机制
New Phytologist
科学网—New Phytologist：植物免疫系统的起源与演化
科学网—New Phytologist：植物嫁接综述
自然土壤微生物组变化影响春季叶面物候，对植物生产力和气候驱动的范围变化产生影响,New Phytologist
New Phyto.
植物学重磅奖项 | New Phytologist Tansley Medal 火热征集中！
北京房山大马士革玫瑰枝叶化学成分及化感作用
前沿｜园艺学院菊花遗传与种质创新团队在菊花抗蚜关键基因鉴定和分子机制解析中取得新进展
FveFT2 成花素/FveTFL1 抗成花素平衡对于控制草莓季节性开花至关重要，而 FveFT3 调节腋生分生组织的命运和产量,New Phytologist
网址: New Phytologist | 探索植物生长受化感作用影响的关键机制 https://m.huajiangbk.com/newsview480248.html
| 上一篇: 山西大同：让黄花成为乡亲们的“致 |
下一篇: 上海第二大水源地如何提供饮用水？ |
