编辑推荐：
研究人员针对冬豌豆（WP）与本土细菌共生问题展开研究，发现环境因素影响结瘤，为豌豆种植提供依据。
在广袤的农业天地里，豌豆作为一种重要的农作物，一直扮演着不可或缺的角色。2021 年，美国华盛顿州收获了 27000 公顷的干豌豆，产值高达 1500 万美元。其中，冬豌豆（Winter Pea，WP）作为一种新兴的轮作作物，尤其在太平洋西北内陆低降水地区备受关注。它不仅能提高作物产量，还能改善土壤氮素供应、减少土壤侵蚀，为农业可持续发展带来诸多益处。
然而，在冬豌豆的种植过程中，一个关键问题逐渐浮现出来：这些新的冬豌豆品种能否与太平洋西北土壤中的本土根瘤菌建立有效的共生关系？毕竟，豆类作物的驯化和选育，以及氮肥的大量使用，可能会干扰豆类与根瘤菌的共生过程，影响结瘤率、固氮能力以及宿主对高效根瘤菌的选择。而且，目前对于春豌豆与本土土壤根瘤菌的相互作用虽有研究，但针对冬豌豆的相关信息却十分匮乏。
为了解开这些谜团，来自美国农业部农业研究局（USDA-ARS）谷物豆类遗传学和生理学研究小组的 Svetlana N. Yurgel 和 Rebecca McGee 等研究人员，开展了一项深入的研究。该研究成果发表在《Plant and Soil》杂志上。
研究人员运用了 16S rRNA 扩增子测序技术，对华盛顿州不同地点的四个冬豌豆品种的土壤、根和根瘤微生物组进行了评估。同时，进行了结瘤测试，以探究冬豌豆在不同条件下的结瘤情况。
研究结果如下：
- 土壤化学性质和天气条件：不同地点的土壤化学性质和天气条件差异显著。例如，代顿（Dayton）土壤的有机质、总氮和碳含量明显低于加菲尔德（Garfield）和普尔曼（Pullman）；加菲尔德土壤的电导率、有机质和总碳含量最高。这些差异对冬豌豆微生物组产生了重要影响。
- 冬豌豆结瘤评估：通过结瘤测试发现，非灭菌种子在无菌玻璃管中培养时，未接种根瘤菌的植株不形成根瘤，而接种根瘤菌的植株至少 47% 形成根瘤。这表明田间条件下冬豌豆根上形成的大多数根瘤是由本土土壤根瘤菌诱导的。不过，不同地点的结瘤情况存在差异，在代顿和加菲尔德检测到了结瘤，而在普尔曼，植株在 12 月时非常小，大多只有初生根，没有明显的根瘤。
- 整体 WP 微生物组：研究共鉴定出 2238 个 16S rRNA 扩增子序列变体（ASVs）。品种是影响总 WP 微生物组的一个重要但次要的因素，仅解释了总 WP 群落变异的 2.5%。组织类型（根与根瘤）则是影响总 WP 微生物组的重要因素，根瘤微生物组的香农多样性明显低于根微生物组。根瘤菌在根瘤微生物组中的比例远高于根微生物组，其中 R. leguminosarum 的 ASV1、ASV2 和 ASV3 在根瘤和根组织中都有较高的丰度。
- 非根瘤菌 WP 微生物组：过滤掉根瘤菌 ASVs 后对非根瘤菌 WP 微生物组进行评估，发现假单胞菌（Pseudomonas）在根瘤相关微生物组中相对富集，尤其是在夏季采集的根瘤中。此外，一些放线菌如 Leifsonia 和 Microbacterium 在根瘤中的相对丰度也较高。
- 根瘤菌群落：在所有地点，根瘤中发现的大多数根瘤菌 ASVs 也存在于根中，但根中存在大量独特的根瘤菌 ASVs。ASV1、ASV2 和 ASV3 在所有地点的根瘤和根相关微生物组中都占主导地位，暗示它们在 WP 结瘤中可能发挥重要作用。
- 非根瘤菌群落：虽然在个体采样事件中未检测到非根瘤菌分类群在根瘤相关微生物组中显著富集，但夏季采集的根瘤中假单胞菌明显比根中富集。不过，假单胞菌的分布具有随机性，在不同样本中的差异较大。
- 土壤微生物组：地点和采集时间都显著影响土壤微生物组结构，地点对土壤群落变异的解释度更高。不同地点土壤的细菌 α- 多样性存在显著差异，代顿土壤的香农多样性最高。
研究结论和讨论部分指出，冬豌豆品种能够在秋季在太平洋西北土壤中形成根瘤，但结瘤程度在不同地点并不均匀，这表明环境因素对该过程有很强的影响。虽然研究未发现品种对根瘤和根微生物组的影响，但植物基因型确实影响了根瘤微生物组的整体结构。此外，根相关微生物组为根瘤细菌群落提供了基础，许多根瘤菌 ASVs 在根和根瘤中都存在。同时，研究还发现一些非根瘤菌在夏季采集的根瘤中相对富集，但由于实验的局限性，对于非根瘤菌在根瘤中的作用还需要进一步研究。
总的来说，这项研究为深入了解冬豌豆与太平洋西北土壤中细菌群落的相互作用提供了重要依据，对于优化冬豌豆种植、提高农业生产效率具有重要的指导意义。未来的研究可以进一步聚焦于冬豌豆早期结瘤在作物生产和抗环境胁迫中的作用，以及如何利用微生物组提高冬豌豆的产量和品质。
