東北地理所在鮮食大豆鉀高效利用的根際微生態(tài)機制方面取得新進展
鉀元素是植物生長發(fā)育不可或缺的礦質(zhì)營養(yǎng)，然而土壤中絕大部分鉀都處于難以被植物直接吸收利用的固定礦物態(tài)。長期以來，為了維持作物的產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度依賴化學鉀肥的大量投入，這不僅帶來了沉重的經(jīng)濟負擔，還引發(fā)了土壤退化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。選育具有天然低鉀耐受性和高養(yǎng)分利用效率的作物品種，并闡明其微生態(tài)響應機制，對于推動綠色低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的科學意義和應用價值。
近日，東北地理所張秋英研究員團隊結(jié)合水培和盆栽試驗，系統(tǒng)剖析了不同鉀效率類型鮮食大豆在低鉀脅迫下的根系低分子量有機酸分泌特征、土壤鉀有效性以及根際微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。研究結(jié)果顯示，鉀高效型鮮食大豆在面臨低鉀壓力時，其根系會主動調(diào)整分泌策略，將丙二酸等特定有機酸的分泌比例從1.73%大幅提升至13.13%，從而導致根際環(huán)境顯著酸化，有效促進了礦物鉀的風化釋放。與此同時，這些特定的根系分泌物還充當了“招募信號”，在波動的土壤環(huán)境中維持了相對穩(wěn)定的根際微生物組，并富集了Paenibacillus菌屬、Rhodanobacter 菌屬以及Penicillium屬、Aspergillus屬和Chaetomium屬等關(guān)鍵的具有解鉀、促生功能微生物。為了進一步驗證這一微生態(tài)協(xié)調(diào)機制，研究人員從根際土壤中成功分離出了高活性的Paenibacillus屬菌株。體外培養(yǎng)試驗證實該菌株能通過顯著降低介質(zhì)pH值實現(xiàn)對鉀長石的高效溶解，且將其重新接種到鮮食大豆根系后，表現(xiàn)出顯著的促生效果，使得植株干重增加了21.2%，植株鉀積累量增加了53.0%（圖1）。本研究闡明了鮮食大豆高效利用土壤鉀素的生理與微生態(tài)協(xié)調(diào)機制（圖2），為未來通過植物-微生物聯(lián)合調(diào)控減少化學肥料投入提供了優(yōu)質(zhì)的候選靶點與生物標志物。
圖1 解鉀菌分離與解鉀、促生效果評估
圖2 研究圖文摘要
研究成果近期發(fā)表在生態(tài)學國際期刊Soil Ecology Letters上，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所劉長鍇副研究員為論文第一作者，張秋英研究員、于鎮(zhèn)華項目研究員為論文通訊作者。研究得到國家自然科學基金、黑龍江省優(yōu)秀青年科學基因等項目的資助。
論文信息：Liu, C., Yu, Z., Yu, Q., Wang, Y., Gu, H., Li, Y., Jin, J., Hu, X., Liu, J., Wang, G., Zhang, Q. & Liu, X. Revealing the mechanisms behind high potassium efficiency in vegetable soybean through rhizospheric microbial community recruitment and potassium activation. Soil Ecol. Lett. 8, 260488 (2026).
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s42832-026-0488-2
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