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新闻动态
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科研进展
磷是限制陆地生态系统初级生产力的关键营养元素。在热带和亚热带地区,土壤中总磷含量往往较高,但绝大部分以吸附态、闭蓄态或难溶性矿物复合体等形式存在,植物难以直接吸收利用。土壤酸化会通过增强铁铝氧化物与有机质的结合,使有机-矿物复合体竞争吸附位点并“封闭”已吸附的磷,抑制磷的解吸,从而进一步降低磷的有效性。传统施用速效磷肥的方式在高度风化的酸性土壤中效率极低,仅有约10%–15%的施入磷能被植物利用,其余大部分被土壤固定,不仅造成经济损失,还增加了水体富营养化风险。因此,开发可持续、原位、生态兼容的磷活化策略,已成为农业与生态恢复领域亟待突破的重要方向。 溶磷真菌(Phosphate-solubilizing fungi)能够活化土壤中难溶性磷,促进植物生长,但其研究价值日益体现在菌株的生态来源与功能独特性上。废弃磷矿区长期处于强选择压力下,土著真菌往往演化出高耐酸性、高效有机酸分泌和重金属固定等特殊性状。然而,以往研究多聚焦于单菌株,对多物种合成菌群(SynCom)的协同效应及其在严重磷固定化土壤中的应用效果,仍缺乏直接证据。 针对上述问题,中国科学院昆明植物研究所研究团队以云南昆明海口废弃磷矿区为对象,从矿区植物组织中分离获得609株真菌,其中69株表现出溶磷潜力。通过定性与定量筛选,结合pH与温度适应性评价,最终选取Aspergillus sp. 5C-22、Diaporthe sp. 7C-37和Irpex sp. 9B-08三株高效菌株构建合成菌群。三株菌均具有溶磷、产铁载体和溶解钾的能力,且相互之间无生长抑制,具备共存的可行性。 研究以西双版纳亚洲象栖息地酸性土壤(pH 5.10,有效磷仅2.24 mg kg⁻¹)为供试土壤,选取三种禾本科牧草——象草(Pennisetum purpureum)、芦竹(Arundo donax)和玉米(Zea mays)进行盆栽接种试验。结果表明,合成菌群显著促进了三种植物的生长,地上生物量分别提高56.7%、35.5%和85.2%。接种后,芦竹和玉米地上部总磷含量分别提高66.0%和32.0%,三种植物总氮含量提高25.9%–38.5%,粗蛋白、粗脂肪含量同步显著提升,玉米可溶性糖含量提高30.6%。此外,合成菌群还显著增强了根际土壤酸性磷酸酶、硝酸还原酶和脲酶活性,其中酸性磷酸酶活性与土壤速效磷浓度呈显著正相关。 值得注意的是,合成菌群对根际土壤化学性质的影响表现出明显的植物特异性。例如,象草根际pH显著升高、速效磷下降,而芦竹和玉米根际速效磷则显著增加;芦竹根际电导率升高,象草根际则下降。这些差异表明,微生物接种的功能效果并非仅由菌株本身决定,而是受宿主植物生理特性与根际微环境共同调控。该研究进一步印证了从“单一菌剂”走向“植物–微生物匹配的合成菌群”的必要性。 该研究证实,废弃磷矿区是筛选耐逆、多功能溶磷真菌的优质资源库。所构建的合成菌群能够有效活化土壤难溶态磷,提升牧草产量与营养品质,为酸性磷固定化土壤的可持续利用提供了微生物学解决方案,也为矿区生态恢复与草食动物栖息地质量提升提供了新思路。 相关研究成果以Harnessing phosphate mine-derived phosphate-solubilizing fungi boosts plant yield and nutritional quality in phosphorus-immobilized soil为题发表于国际学术期刊Plant and Soil。中国科学院昆明植物研究所已毕业硕士研究生唐海生、李燕双和研学学生Zoe He为共同第一作者,李雄副研究员、李云驹研究员和许建初研究员为共同通讯作者,博士研究生胡娜、硕士研究生王若馨等也参与了该工作。该研究得到云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目、植物多样性与特色经济作物全国重点实验室科研创新促进项目及云南省博士后定向培养基金等资助。
单菌株或合成菌群对三种禾本科植物生长的影响。 a–c:接种或不接种三株真菌分离物的象草(Pennisetum purpureum)的植株形态(a)、株高(b)和地上生物量(c)。d–f:接种或不接种三株真菌分离物的芦竹(Arundo donax)的植株形态(d)、株高(e)和地上生物量(f)。g–i:接种或不接种三株真菌分离物的玉米的植株形态(g)、株高(h)和地上生物量(i)。 |
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