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为探究根瘤共生（RNS）、土壤管理对大豆根际微生物群落及生长的影响，研究人员对比野生型与非结瘤突变体大豆，发现非结瘤突变体生长受抑，自然农法促有益微生物生长。该研究为可持续农业提供理论依据。
随着全球人口预计在 2050 年达到 97 亿，为保障粮食安全，作物产量需大幅提升。然而，当前农业面临诸多困境，过度使用 agrochemicals 导致土壤 biodiversity 丧失、eutrophication、土壤 acidification 以及 greenhouse gas emissions 等问题。在此背景下，可持续农业备受关注，自然农法作为一种可持续的农业模式，避免使用 agrochemicals 和未经处理的有机改良剂，在维持农业生产力的同时注重生态保护。但自然农法种植植物的微生物群落却鲜为人知。此外，大豆作为重要的油料和蛋白作物，虽有固氮能力，却仍依赖化肥。而且，根瘤共生（RNS）对大豆根际微生物群落组装的影响也不明确。为解决这些问题，东京农业大学和技术大学等机构的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》，为可持续农业发展提供了重要理论依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，从日本不同地区采集土壤样本，分为非熏蒸和熏蒸处理。接着，种植野生型大豆（Enrei）和非结瘤突变体（En1282），在植物生长到 R3 阶段时，记录株高、叶绿素含量等生长指标，并采集根际土壤。然后，提取根际土壤 DNA，对细菌 16S rRNA 基因的 V3 - V4 区域和真菌 ITS 区域进行扩增和测序。最后，利用多种生物信息学和统计分析方法对数据进行处理和分析 。
研究结果
- 结瘤受损和土壤熏蒸对大豆生长的负面影响：En1282 在未处理土壤中表现出缺氮症状，生长不如 Enrei。土壤熏蒸后，En1282 叶片变深绿，但植株高度和鲜重仍低于 Enrei，且土壤熏蒸使 Enrei 结瘤数显著减少。这表明结瘤受损和土壤熏蒸均对大豆生长不利。
- 土壤条件对大豆根际微生物群落组成的显著影响：测序分析发现，处理土壤中细菌和真菌多样性显著降低，化学熏蒸改变了根际群落结构。自然农法土壤中，大豆根际有益微生物如根瘤菌（Rhizobium）、木霉（Trichoderma）等相对丰富；传统土壤中则以芽孢杆菌（Bacillus）等为主。这说明土壤条件强烈影响大豆根际微生物群落组成。
- 根瘤共生对大豆根际细菌和真菌群落特征的影响：在未处理土壤中，En1282 根际细菌多样性显著高于 Enrei，真菌群落多样性相似。En1282 根际假单胞菌（Pseudomonas）减少，而在某些土壤中，其根际曲霉（Aspergillus）富集情况与 Enrei 不同。这表明根瘤共生对大豆根际微生物群落有一定影响。
- 微生物群落结构与土壤化学性质的关系：冗余分析（RDA）显示，土壤性质能解释细菌和真菌群落总变异的 55% 和 51.7%。在未处理土壤中，土壤 pH 和有效磷影响微生物群落；处理土壤中，NH4+-N 和电导率（EC）与之相关 。
- 大豆根际微生物群落的潜在功能特征：预测细菌功能主要涉及碳、氮、硫代谢，熏蒸抑制了部分功能。真菌主要分为腐生菌、共生菌和病原菌，土壤熏蒸对其有影响。这表明微生物群落功能受土壤处理和植物结瘤表型影响。
研究结论与讨论
该研究表明，根瘤共生和土壤管理在塑造大豆根际微生物群落中起关键作用。自然农法促进有益微生物生长，传统农业则选择了不同的微生物组合。土壤熏蒸降低微生物多样性，影响植物生长。非结瘤突变体 En1282 根际细菌群落更丰富，可能是对共生固氮缺失的补偿，且其根际假单胞菌始终减少。这些发现拓展了人们对根瘤共生影响的认识，强调了利用植物 - 微生物组相互作用提升可持续农业的潜力。同时，研究也存在一些不足，如未深入研究根际分泌物组成和基因表达等，未来可进一步探索 。
