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前沿丨 沈其荣院士团队揭示过量施氮肥影响作物和微生物肥料“亲密”互作的分子机制

2021-12-03 来源:资源与环境科学学院 作者:资源与环境科学学院 图片:

氮肥是作物产量的重要保障,然而农业生产上过量施用氮肥会带来土壤酸化等不利影响。氮肥过量会降低豆科植物共生根瘤菌的结瘤固氮,但氮肥对于广泛存在的根际益生菌与作物互作的影响仍然未知。根际益生芽孢杆菌是微生物肥料的主要生产菌种,揭示氮肥施用对根际益生芽孢杆菌与植物互作的影响,有利于科学指导化肥和微生物肥料的配施。

近日,植物学领域著名期刊《Plant Physiology》正式刊发了沈其荣院士团队张瑞福教授课题组的最新研究成果“Nitrogen fertilization modulates the beneficial rhizosphere interactions through signaling effect of nitric oxide”。该研究以微生物肥料典型生产菌种根际益生贝莱斯芽孢杆菌SQR9为对象,发现SQR9在作物根际的定殖量受到氮肥施用量的显著影响,其中适量施用氮肥,能显著提高菌株SQR9在作物根际的定殖数量,而施氮量不足或过量施用都会导致其定殖量下降。

研究发现氮肥不同用量通过反硝化过程产生的一氧化氮(NO)气体是调控SQR9根际定殖的关键信号,表现为低浓度NO促进而高浓度NO抑制SQR9的根际定殖。进一步研究揭示了NO通过影响SQR9胞外基质γ-多聚谷氨酸的合成而调节其生物膜形成和根际定殖。适量施氮条件下强化的益生菌根际定殖可促进其植物益生功能发挥,最终提高作物的氮素利用效率。本研究阐明了氮肥施用调控有益菌根际定殖与功能发挥的信号效应与机制,可为通过合理施肥增强植物-益生菌互作和提高氮素利用效率提供理论指导。

该研究得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程和江苏省自然科学基金等项目的资助。硕士生康安(已毕业)和张楠副教授为共同第一作者,张瑞福教授为通讯作者,沈其荣院士、邹建文教授等参与了该项研究。张瑞福教授课题组近年来围绕微生物肥料功能菌株芽孢杆菌SQR9的益生机理及其与植物的互作机制,在根际定殖与成膜机制、促生物质挖掘、诱导植物系统抗性和拮抗土传病原菌机制等方面取得了一系列成果,相关工作发表在Nature Communications、Cell Reports、Microbiome等国际权威学术期刊。

论文链接:https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab555/6447517?searchresult=1#


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校对:胡晓璐

编辑:王璐

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