综述：植物-土壤反馈实验中变异性的解决与方法学清晰度的推进

这篇综述系统评估了184项植物-土壤反馈（PSF）温室实验的方法学差异，重点揭示了土壤灭菌（如高压灭菌、γ辐照）和活菌接种技术中参数报告的不一致性，并提出改进方案：强化核心参数报告、验证灭菌效果、优化接种比例。研究为PSF实验的标准化和生态相关性提供了关键指导。

　　

ABSTRACT

植物-土壤反馈（PSF）是理解植物群落动态和生态系统恢复的核心机制。温室实验虽能控制环境变量，但分离生物与非生物因素的挑战持续存在。土壤灭菌（如高压灭菌、γ辐照）虽可消除生物组分，却会引发养分释放（如硝酸盐、铵态氮）和pH值变化，而活菌接种比例（如9:1无菌土-活菌土）的标准化缺失进一步加剧结果变异。本文通过分析24年间184项PSF研究，指出44%研究使用高压灭菌（121°C，15-90分钟），40%采用γ辐照（25 kGy为主），但仅少数验证灭菌效果或监测养分波动。关键矛盾点在于：灭菌后植物生物量常因养分激增而虚高，而活菌存储条件（如4°C冷藏、塑料袋封装）的差异可能导致微生物群落偏移。

Introduction

PSF研究通过"条件化-反馈"两阶段实验解析植物对土壤的修饰作用及其后续影响。高压灭菌虽能灭活微生物，却使pH值升高0.5-1.5单位，并导致电导率（EC）增加2-3倍；γ辐照则使铵态氮浓度提升3-5倍。这些变化通过影响磷溶解度（酸性土壤中增加30-50%）和铁锰有效性，直接干扰植物生长响应。活菌接种技术中，5mm筛网处理虽能保留80%的土壤宏团聚体，但不同存储时长（0.5-548天）会导致革兰氏阳性菌丰度波动达20倍。

Methods

文献筛选采用Scopus数据库（2000-2024年），通过Rayyan软件排除重复和非实验性研究后保留184项符合标准的研究。灭菌参数记录显示：13%的蒸汽灭菌研究误将100-150°C归为蒸汽处理（实际应为60-100°C），而γ辐照研究中仅27%采用25 kGy剂量却未说明辐照时长。活菌接种分类显示：80%研究使用简单比例（如1:9活菌-无菌土），但38%未明确比例构成。

Soil ‘sterilization’ approaches

Most commonly used sterilization approaches
高压灭菌导致速效磷增加2-4倍，但会诱发碱性土壤中铁锌有效性下降40%；γ辐照使硝化细菌存活率<5%，却可能残留耐辐射链霉菌。蒸汽灭菌在80°C处理150分钟后仍保留27%微生物量，且会选择性富集曲霉菌（Aspergillus fumigatus）等耐热菌。

Gamma dose, autoclave, and steam temperature variations
温度-时间组合的变异显著：8kg土壤需120°C处理2小时才能完全灭活丛枝菌根真菌（AMF），而1kg土壤在同等条件下仍有15%存活。25 kGyγ辐照虽能灭活线虫，但1.5 kGy即会改变氮形态分布。

Observed effects on plant biomass
55项对比研究中，82%显示灭菌土壤生物量更高（平均增加35%），但仅14%通过营养补充控制混杂因素。值得注意的是，高压灭菌土壤中玉米根系生物量异常增加50%，可能与钾有效性提升相关。

Sterile to live inoculum ratios

Processing of live inoculum
5mm筛网处理保留的宏团聚体（>2mm）含有高出微团聚体3倍的酶活性，但会损失20%的放线菌群落。冷藏存储（4°C）7天使细菌α多样性下降15%，而室温存储导致真菌/细菌比上升2倍。

Commonly used ratios
9:1比例虽占主导（29%研究），但Howard等（2017）实验表明5%接种量才能维持90%的原生微生物组成。分层接种（活菌土在下层）比混合接种更接近自然种子库分布，但会延迟微生物定殖5-7天。

Conclusion and way forward

建议优先开展三项改进：1）建立灭菌参数与土壤体积（如每cm³土壤需121°C×30分钟）、有机质含量的量化关系；2）验证10%接种比例对微生物功能基因的还原度；3）强制报告土壤质量、筛网孔径等12项核心参数。值得注意的是，重复实验虽在植物病理学中普及，但PSF研究因土壤异质性面临挑战——建议通过多地点协作研究（如全球PSF网络）来应对。