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碳是构成有机体的基本元素。植物如何储存、分配和利用碳以适应多变的自然环境,一直是植物学和生态学领域关注的核心问题之一。非结构性碳水化合物(NSC,主要包含可溶性糖、淀粉等不稳定、可被利用的碳源),作为植物生命活动最直接的能量货币参与多种生理代谢功能,是植物响应和适应环境变化的重要缓冲剂,在调控植物生长和环境适应性方面发挥着重要作用。尽管如此,目前基于功能性状的植物资源策略研究框架却很少考虑NSC的重要功能,这极大地限制了植物生态适应机制的深入认识。叶经济学谱和根二维性状谱是近年来植物功能性状领域的重要发现,尤其是根二维性状谱已成为根系性状研究的主流范式。这些重要的发现为探究NSC与植物地上和地下资源获取策略的协调关系提供了绝佳的视角。然而,目前缺乏相关的野外试验研究,针对NSC与叶和根性状谱的关联差异及其环境驱动机制等科学问题的认识尚属空白。基于此,中国科学院成都生物研究所尹华军研究员团队与河南农业大学孔德良教授合作,以青藏高原高寒森林代表性针叶树种为对象(图1),通过分析叶片和细根关键功能性状、非结构性碳水化合物含量及环境因子,基于目前广泛认知的叶经济谱和根系经济空间策略框架,系统探讨了NSC与植物地上-地下经济策略间的协调关系差异及其关键环境驱动因子。研究结果表明,叶片和根系存在差异化的NSC-经济策略协调关系(图2,3)。具体地,在地上,叶片NSC含量,尤其是可溶性糖的储存,...
发布时间: 2024 - 03 - 18
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发布时间: 2022 - 09 - 01
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点击关注我们吧!文献解读原名:Reduced chemodiversity suppresses rhizosphere microbiome functioning in the mono-cropped agroecosystems译名:单一作物种植系统中根际沉积物化学多样性降低抑制根际微生物功能期刊:MicrobiomeIF:16.837发表时间:2022.7第一作者:Pengfa Li摘要背景:植物根际沉积能够调节根际相互作用、过程、养分和能量流动以及植物-微生物的交流,因此在保持土壤和植物健康方面具有至关重要的作用。然而,地下碳分配和根际沉积物化学多样性的变化是否以及如何影响根际生态系统中微生物群的功能尚不清楚。方法:为了填补这一研究空白,我们研究了花生(Arachishypogaea)连作期间根际碳分配及其化学多样性与微生物多样性和功能之间的关系。在用13CO2连续标记植物后,我们利用基于DNA稳定同位素探针(DNA-SIP)的代谢组学、扩增子和宏基因组测序方法,研究了根际沉积物的化学组成和多样性以及活性根际微生物群的组成和多样性。结果:根际沉积物和相关活性微生物类群在不同生长阶段和单一种植持续时间之间具有显著差异。具体而言,持续单一种植后,根际碳分配、根际沉积物化学多样性、微生物多样性和植物有益类群的丰度(如Gemmatimonas,Streptomyces, Ramlibacter,和Lysobacter)以及功能基因途径(如群体感应和抗生素的生物合成)逐渐降低。根际沉积物与根际微生物多样性和功能之间存在显著且强烈的相关性,尽管它们受不同的生态过程调节。总体而言,花生连作期间沉根际沉积和化学多样性的减少倾向于抑制根际生态系统中的微生物多样性及其功能。结论:我们的研究结果首次提供了单一作物种植系统中根际微生物组功能失调机制的基本证据。为从根际沉积物的化学组成和多样性的角度深入理解复杂的植物-微生物相互作用提供了新视角。研究背景根际是植物根系和土壤之间的界面,该区域的众多微生物之间相互作用决定了生物地球化学循环、植物生长以及对生物和非生物胁迫的耐受性。植物通过根系向根际输入大量的光合固定碳(C),这些有机化合物统称为根际沉积物。根际沉积物在根际区域具有多重功能,然而由于根际过程的动态变化性,导致很难追踪根际生态过程并深入了解根际过程的生态系统功能。因此需要对植物根际沉积物及其化学组分、化学多样性和根际微生物进行进一步研究,以从机制上理解它们在根际生态系统中的生态生理功能。根际沉积主要受土壤和植物因素的影响,如土壤性质、植物物种、生长状态、生长阶段和其...
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发布时间: 2022 - 08 - 17
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文献解读BAIHUI原名:Sticky dead microbes: Rapid abiotic retention of microbial necromass in soil译名:死亡微生物的粘附性:土壤中微生物残体快速的非生物固定机制期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:8.5(2021)发表时间:2020年8月14日第一作者:   Kate M.Buckeridge通讯作者:Kate M.Buckeridge主要单位:Lancaster Environment Centre, University of Lancaster, Lancaster, UKUK Centre for Ecology & Hydrology, Lancaster, UK01摘要微生物残体主导土壤有机质。最近关于残体和土壤碳储存的研究主要集中在残体的产生和稳定机制,而不是残体的固定机制。我们使用稳定同位素标记微生物残体进行土壤培养试验。结果表明,对于短期的残体固定,非生物吸附固定可能比生物固定更重要。我们证明了残体吸附固定不仅发生在矿物表面,还可能与其他残体相互作用。此外,残体化学性质能改变残体之间的相互作用,当存在酵母残体时,细菌示踪残体会保留更多。这些发现表明,除了化学稳定性之外,微生物残体的吸附和非生物相互作用及其功能特性需要在土壤固碳的背景下进一步研究。关键词:土壤有机质,功能特性,稳定同位素,草地牧场,碳固持,氮02背景土壤有机质(SOM)是土壤健康和可持续农业的关键指标。对SOM稳定性的研究传统上侧重于植物对土壤输入的质量和数量,然而,最近的研究表明,SOM主要由死亡的微生物产物和残体主导。残体在土壤中的持留时间可能受到残体吸收固定到微生物生物量影响,但残体固定最终依赖于其吸附到土壤矿物表面形成的微团聚体。实际上,生物固定作用(微生物固定化)和非生物固定(吸附和分子相互作用)可能同时发生,但尚未有研究评估这些短期过程的相对重要性(图1)。矿物表面可观察到微生物残体,这支持以下观点:稳定SOM的积累主要由有机-矿物吸附控制,并受矿物表面积限制。然而,实验检测到的残体并不是均匀的覆盖在矿物表面,而是以块状形态存在,这表明SOM的稳定性也可能包含有机物间的相互作用,或残体通过离子相互作用、氢键、范德华力、(部分)包埋作用和其他残体及有机质粘连(图1)。了解这两个非生物吸附过程的相对重要性对于预测SOM持留时间的上限至关重要。微生物残体的化学性质被认为是SOM储存的不重要调节因素,因为相比不同的植物输入,其...
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发布时间: 2022 - 07 - 07
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文献解读原名:Network analysis and subsequent culturing reveal keystone taxa involved in microbial litter decomposition dynamics译名:网络分析和后续培养揭示了参与微生物凋落物分解动力学的关键类群期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:8.5发表时间:2021.6通讯作者:徐阳春主要单位:南京农业大学资源与环境科学学院一、研究背景土壤中植物凋落物的分解由定殖在凋落物残体上的细菌和真菌等微生物驱动,因此,细菌和真菌群落的相互作用可以揭示木质素的分解机制。以往的研究主要是在微生境、异地条件或单一土壤生态系统中研究凋落物分解的微生物群落。而本研究通过为期12周的室内凋落物(秸秆)分解实验,探讨三种不同利用类型(林地、农田和弃耕地)的土壤中凋落物分解与酶活性和微生物群落变化的关系。本研究发现:(1)三类土壤中林地凋落物的分解程度最高;(2)然后,我们用多种方法证明了这是由微生物群落决定的,林地土壤微生物群落具有更高活性的木质素分解酶,更高的微生物多样性,以及不复杂但更专门化的网络。细菌中的Chryseobacterium(金黄杆菌属)和真菌中的Fusarium(镰刀菌属)、Aspergillus(曲霉菌属)、Penicillium(青霉菌属)是三类土壤微生物网络中的关键类群;(3)我们随后开展了分离培养实验,进一步证实了这些关键类群具有高的凋落物分解能力和酶活性。本研究首次验证了微生物关键类群在凋落物分解中的作用,网络分析与培养实验的结合被证明是筛选微生物关键类群的可选模式。总体而言,我们的结果说明,土地利用类型通过土壤微生物群落的组成和网络结构进而影响凋落物的分解。我们的研究还揭示了特定的关键微生物类群参与了凋落物的分解,未来或许可以利用这些关键类群来调控土壤生态系统中木质素的分解。二、研究结果1. 凋落物分解及其质量的变化随着时间的推移,土地利用类型对凋落物分解有明显影响,在第2周和第12周,林地的凋落物分解率最高,而弃耕地的凋落物分解率最低。在第12周后,林地、农田和弃耕地凋落物的分解率分别达到63.42%、53.75%和50.38%(图1-a)。林地凋落物分解常数显着高于耕地和弃耕地。土地利用类型和时间对凋落物分解都有显著影响。不同土地利用类型的凋落物组成也有显著变化(图1 b-d)。土地利用类型和时间都会影响凋落物质量的变化。图1. 林地、农田和弃耕地凋落物分解及质量变化2. 酶活性的变化不同土地利用类型的纤维二糖水解酶...
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发布时间: 2022 - 06 - 24
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文献解读:原名:Carbon allocation to root exudates is maintained in mature temperate tree species under drought译名:干旱条件下,成熟温带树种根系分泌物的碳分配保持不变期刊:New PhytologistIF:10.152发表时间:2022.5第一作者:Melanie Brunn摘要已有研究证明根系分泌碳输入在干旱条件下增加,并促进一系列重要的生态系统功能。然而,干旱胁迫下树木根系分泌物输入量与树木总碳收支之间的关系,即在全株水平上,有多少净同化碳分配给了根系分泌物目前尚不清楚。我们通过收集干旱处理下的成熟山毛榉(Fagus sylvatica)和云杉(Picea abies)的根系分泌物,并结合单位表面积叶片、茎和细根的碳通量计算了初夏期间分配给根系分泌物占每日碳同化量的比例。结果表明,单位根段的根系分泌物输入量随着土壤含水量的下降而呈指数级升高,且在萎蔫点最高。尽管干旱处理下树木碳同化量下降了约50%,全株根系水平上的根系分泌物输入量较对照处理保持不变,从而导致干旱处理下根系分泌物碳输入量所占净碳同化的比例增加了2-3倍。干旱处理下,云杉有2/3的根系分泌物碳释放至表层土壤中,而山毛榉则只占1/3。综上,干旱处理下,树木全株根系水平的根系分泌物输入量较对照处理保持不变,这表明干旱条件下树木对地下的C投资可能有利于维持生态系统的恢复力。研究背景近年的研究结果表明根际过程调控生态系统碳动态的重要性以及对干旱响应的敏感性。在根际区,植物主要通过根系分泌物与环境相互作用。以往研究表明根系分泌物在缓解植物环境胁迫(如干旱)中发挥重要的作用。但干旱引起的根系分泌物输入量变化与全株植物碳收支之间的关系尚不清楚。尽管有研究表明干旱条件下,植物会改变地下碳分配策略以提高根系分泌物输入速率。但大多研究仅用单个根段的分泌物输入速率代表全株的根系分泌物输入策略,并未考虑干旱条件下植物生长、分布以及寿命的改变对全株植物根系分泌物输入的影响。除此之外,由于土壤含水量在垂直剖面上也具有较大的变化,所以还需要将不同土层根系的分泌物输入量统筹考虑以揭示在干旱条件下全株植物的根系分泌物动态。根系生长和根系分泌物对水分限制的响应可能因物种对水分限制的敏感性不同而存在差异,比如浅根系的云杉可能比深根系的山毛榉更易受到水分限制的影响。本研究中,我们在成熟温带森林中进行了为期5年的降雨排除试验,以测试干旱条件下,树木光合产物分配给根系分泌物的比例是否增加。同时测定了不同土层根系分泌物输入量以探究全株水平根系分...
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发布时间: 2022 - 06 - 07
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文献解读原名:Plant phosphorus demand stimulates rhizosphere phosphorus transition by root exudates and mycorrhizal fungi under different grazing intensities译名:不同放牧强度下植物磷需求通过根系分泌物和菌根真菌刺激根际磷转移作者:Liangyuan Song,et al.期刊:Geoderma影响因子/分区:6.173/1区发表时间:2022.05.301关键词● 放牧强度;补偿生长;根际;磷组分;根系分泌物;菌根真菌。2研究主题和背景●(1)背景:畜牧业生产导致的土壤侵蚀和磷(P)去除导致草原中磷的严重消耗。因此,了解植物如何应对这种磷限制条件以及不同放牧强度下土壤中哪些磷转变过程对于更好地科学管理放牧草地至关重要。●(2)主题:本研究进行了一项田间试验,测试了不同放牧强度(轻、中、重)和控制(不放牧)对中国内蒙古典型温带草原地区磷相关动态的影响。3科学问题或科学假说●(1)科学问题:放牧如何影响该地区土壤中磷的转化?其驱动因素是什么?●(2)科学假说:a.放牧强度越大,植物磷含量越低,初级生长力越低;b.LMWOAs和微生物(尤其是菌根真菌)共同促进了根际其它磷组分中不稳定磷的释放,从而缓解了随之而来的磷缺乏。4材料与方法●(1)本研究在内蒙古锡林浩特市中国农业科学院草地生态系统研究所(北纬44°15′,东经116°42′)进行。年平均0.7°C 的气温,年平均降水量为 300-360 mm。2014年6月开始大田放牧试验,设置4个处理,包括不放牧(对照)和3个放牧强度:(1)轻度放牧处理,每小区4只羊(T4);(2)中等放牧处理,每小区8只羊(T8);(3)重放牧处理,每小区12只羊(T12)。对照、T4、T8和T12处理下的放牧强度分别为每公顷0、0.75、1.50和2.25只羊单位。每个放牧强度随机分配到 1.33 公顷地块,总共 4 个处理 × 3 个重复 = 12 个地块;每个地块都被栅栏隔开。在每年的 6 月 10 日至 9 月 20 日的生长季节,羊被允许在这些地块上吃草。●(2)年初级生产力(APP)与群落组成:●(3)土壤、植物和草食动物排泄物进行取样2019年8月中旬,在植物生物量达到峰值时,采集羊草根际和非根际土壤、叶片和根部分以及绵羊粪便。在每个地块中,我们随机选择10种健康且具有代表性的羊草植物,从中收集根际土壤...
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