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本研究聚焦于如何提升牧草 Hemarthria compressa 的生长与抗逆性，通过施加硅（Si）和硒（Se）探究其对牧草生长、营养品质以及内生菌群落结构和功能的影响，结果表明 Si 和 Se 有效促进了牧草生长并改变了内生菌群落，为草地可持续利用提供了新思路。
草地生态系统在全球生态系统中占据重要地位，其中 Hemarthria compressa 作为一种广泛种植的牧草，对于维持草地生态平衡和畜牧业发展具有关键作用。然而，许多草地由于土壤质量差、水资源不足和肥力低下等问题，限制了牧草的生长和生产力。为解决这一问题，中国科学院亚热带农业生态研究所的研究人员开展了关于硅（Si）和硒（Se）对 Hemarthria compressa 生长、营养品质以及内生菌群落结构和功能影响的研究。研究发现，Si 和 Se 的施加不仅提高了牧草的生物量和营养品质，还显著改变了内生菌群落结构和功能，为草地的可持续利用和开发提供了新的视角。该论文发表于《BMC Plant Biology》。
为了开展这项研究，研究人员采用盆栽实验，以 Hemarthria compressa 为研究对象，设置了对照组、叶面施加 Si 组和叶面施加 Se 组。通过对牧草生长指标、营养品质以及内生菌群落结构和功能的分析，揭示了 Si 和 Se 对牧草的综合影响。主要技术方法包括高通量测序分析内生菌群落结构、预测内生菌群落功能以及统计分析等。
研究背景
草地生态系统覆盖了地球陆地表面的 37%，为放牧牲畜提供了重要的饲料和栖息地。然而，许多草地处于边缘地区，土壤质量差、水资源不足和肥力低下等问题限制了牧草的生长，进而影响了草地生态系统的生产力和生态服务功能。因此，提升牧草的生长和抗逆性对于草地生态系统的可持续利用至关重要。硅（Si）和硒（Se）作为有益元素，已被证明在促进植物生长和抗逆性方面发挥重要作用。然而，目前对于 Si 和 Se 对牧草生长和内生菌群落的影响尚不清楚。
实验设计与方法
研究人员在中国科学院亚热带农业生态研究所的温室中进行了盆栽实验，使用 Hemarthria compressa “雅安”品种，设置了对照组、叶面施加 Si 组和叶面施加 Se 组。实验土壤取自中国常德桃园农业生态研究站，土壤中可用 Si 含量为 88.81 mg kg?1（SiO?），可用 Se 含量为 0.036 mg kg?1。实验中，研究人员在牧草移栽后第 20 天、第 27 天和第 41 天分别对 Si 和 Se 组进行叶面喷施，喷施浓度分别为 0.99 g L?1（Si）和 8.49 mg L?1（Se）。对照组则喷施等量的去离子水。实验结束后，研究人员对牧草进行了采样，分析了牧草的生物量、营养品质以及内生菌群落结构和功能。
研究结果
Si 和 Se 对牧草生长和营养品质的影响
研究发现，与对照组相比，Si 和 Se 处理均显著提高了 Hemarthria compressa 的生物量，增加了约 17%。Si 处理使牧草中 Si 含量增加了 25.6%，中性洗涤纤维（NDF）含量增加了 5.8%；Se 处理使牧草中 Se 含量从 0.055 mg kg?1显著提高到 0.636 mg kg?1。这些结果表明，Si 和 Se 的施加不仅提高了牧草的产量，还改善了其营养品质，为牲畜提供了更优质的饲料。
Si 和 Se 对内生菌群落结构的影响
高通量测序结果显示，Si 和 Se 处理显著改变了 Hemarthria compressa 叶片内生菌群落结构。主坐标分析（PCoA）显示，Si 和 Se 处理的样本与对照组样本在群落结构上存在显著差异。在门水平上，内生菌群落主要由变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteriota）和德诺科科菌门（Deinococcota）组成。Si 和 Se 处理均显著增加了某些有益菌属的相对丰度，如 Brevundimonas 和 Truepera，这些菌属具有促进植物生长和抗逆性的功能。此外，Se 处理还增加了 Pseudomonas 的相对丰度，该菌属能够通过产生 ACC 脱氨酶调节植物生长。这些结果表明，Si 和 Se 的施加改变了内生菌群落结构，可能通过增加有益菌的丰度来促进牧草生长和抗逆性。
Si 和 Se 对内生菌群落功能的影响
功能预测分析表明，Si 处理显著增强了内生菌群落的叶绿素生物合成途径，增加了 152%，同时还促进了多个碳代谢途径（如硫代乳酸降解增加了 152%）和氧化还原相关途径（如血红素生物合成增加了 43%~57%）。这些功能的增强可能为牧草提供了更多的能量和关键代谢物，从而促进了牧草的生长。此外，Si 处理还下调了淀粉生物合成途径，减少了 79%。Se 处理则主要增强了淀粉降解、CMP-军团胺生物合成（增加了 71%）和三羧酸循环（TCA cycle）相关途径（增加了 23%~58%），同时降低了 L-苏氨酸代谢（减少了 98%）。这些功能变化与牧草生长的促进和抗逆性的增强密切相关。
内生菌群落共现网络的变化
研究还发现，Si 和 Se 处理显著增加了内生菌群落的 α 多样性，如 Shannon-Wiener 指数和 Pielou 均匀度指数。与对照组相比，Si 处理使节点数增加了 4.4%，模块数增加了 28.5%，模块化指数增加了 31.3%；Se 处理使节点数增加了 21%，模块数增加了 28.5%，模块化指数增加了 16.0%。这些结果表明，Si 和 Se 的施加促进了内生菌群落的多样性和合作性，可能有助于提高牧草对环境变化的适应能力。
结论与讨论
本研究结果表明，Si 和 Se 的施加不仅提高了 Hemarthria compressa 的生长和营养品质，还显著改变了内生菌群落的结构和功能。通过增加有益内生菌的丰度和改变群落代谢功能，Si 和 Se 可能通过协同作用促进了牧草的生长和抗逆性。这些发现为草地生态系统的可持续利用提供了新的思路，也为未来草地管理提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索 Si 和 Se 与内生菌群落之间相互作用的机制及其对草地生态系统长期影响。
