长期施肥与慢生根瘤菌接种通过真菌群落组装和代谢生态位分化重塑大豆根际微生态

本研究通过十年田间试验结合ITS测序和LC-MS代谢组学，揭示氮肥与慢生根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum 5821)对大豆根际真菌-代谢物网络的差异化调控机制，发现氮肥提升真菌网络复杂度而根瘤菌促进随机组装，关键代谢物与土壤氮素显著相关，为减少化肥依赖的微生物驱动型农业提供新策略。

　　

在现代农业面临化肥过度使用与生态环境矛盾的背景下，大豆作为重要经济作物，其根际微生态系统的调控机制尚未完全阐明。长期施肥如何影响根际真菌与代谢物的互作网络？微生物接种能否替代部分化肥功能？这些问题对发展可持续农业至关重要。

研究人员通过十年田间定位试验，设置对照(CK)、磷钾肥(PK)、PK+氮肥(PK+N)和PK+慢生根瘤菌5821接种(PK+R)四种处理，运用内部转录间隔区(ITS)测序和液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术，系统解析了大豆根际微生态重构机制。

主要技术方法

研究采用Illumina平台进行真菌ITS2区高通量测序，通过LC-MS非靶向代谢组学分析根际代谢物，结合共现网络分析(Co-occurrence network)和KEGG通路富集，关联土壤理化指标与微生物-代谢物互作关系。

研究结果

1. 真菌群落组装模式

   氮肥处理(PK+N)使成熟期真菌α多样性提高14.3%，共现网络节点数和连接数分别达PK处理的1.8倍和2.1倍，呈现高度模块化；而根瘤菌接种(PK+R)使群落组装随机性比例提升至67.5%，显著高于PK+N组的42.1%。

2. 关键代谢物调控

   鉴定出3-羟甲基安替比林(3-Hydroxymethylantipyrine)、大黄酚(Chrysophanol)和3,7-二羟基黄酮(3,7-Dihydroxyflavone)等23种与真菌显著相关的代谢物。氮肥抑制这些抗逆黄酮类物质积累(降幅达35-62%)，而PK+R处理使其含量恢复至CK组的1.3-1.7倍。

3. 代谢通路协同

   KEGG分析显示开花结荚期色氨酸代谢(tryptophan metabolism)和咖啡因代谢(caffeine metabolism)通路显著富集，其中吲哚-3-乙酸(IAA)合成基因表达量与根瘤菌接种量呈正相关(r=0.82, P<0.01)。

4. 土壤-微生物-作物互作

   关键代谢物与土壤全氮(TN)、有机质(SOM)和速效氮(AN)的相关系数达0.71-0.89，PK+R处理使氮素利用效率提升28%的同时减少氮肥用量19%。

结论与意义

该研究首次阐明慢生根瘤菌通过"真菌群落随机化组装-代谢生态位分化"双重机制协同化肥增效，其中真菌驱动的黄酮类代谢重编程是维持氮素平衡的关键。发表于《Journal of Integrative Agriculture》的这项成果，为设计微生物-化学联合施肥方案提供了理论依据，对发展减少农业面源污染的绿色种植模式具有重要实践价值。