科研进展

科研进展

国家农业绿色发展研究院2022年上半年科研进展之一:根际生命共同体平台

发布时间:2022-10-10 发布人:李翰文 浏览次数:645

   本平台聚焦“植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物”根际生命共同体系统研究,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用,重点突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,揭示根际生命共同体运行规律,创建养分高效的生物学调控途径,从根本上提高养分效率,支撑我国农业绿色转型。主要研究方向包括: 1. -土界面互作与养分高效;2. 微生物-微生物互作与养分高效;3. 养分高效的地上地下互作机制。
 

根际生命共同体在农业绿色发展中的关键作用

       
   近期,平台在基础研究方面已取得重要成果。
(1)深化了对根际生命共同体关键界面互作规律的认识。通过分析根际、菌丝际微生物组的组成,阐明了菌丝分泌物在驱动菌丝际生物互作过程中的作用方式,揭示了根系不同属性特征的权衡机制及调控途径(Zhang et al., 2022, Trends in Plant Science; Wen et al., 2021, New Phytologist; Wang et al., 2022, iScience)。(2)揭示了植物-菌根-微生物提高养分利用效率的机制。发现玉米铵转运蛋白ZmAMT3;1的诱导表达模式介导氮从菌根向植物的转运,对植物高效获取土壤氮素有重要贡献(Hui et al., 2022, Plant Cell);水稻和玉米根中AMT1s的铵诱导表达能够瞬时增强铵吸收并触发侧根发育(Wu et al., 2022, Plant and Cell Physiology; Hui et al., 2022, Journal of Integrative Agriculture);根据重要遗传位点在植物-土壤互作中的效应提出玉米氮高效高产品种的理想株型与育种选择指标(Chen et al., 2021, Advances in Agronomy; Chen et al., 2021, Journal of Experimental Botany; Sun et al., 2021, Crop Journal)。(3)揭示了土壤微生物参与碳氮磷周转的过程与机制。借助原位酶谱技术以及多组学方法,阐明了施氮水平对根际酶热区的形成和功能的影响(Hao et al., 2022, Soil Biology and Biochemistry)。在区域及全球尺度探究了土地利用和氮素添加对土壤生物多样性、群落组成、氮相关功能基因丰度和多样性的影响,发现土地利用方式改变了参与土壤氮循环过程的土壤微生物群落多样性和组装过程(Chen et al., 2022, Environmental Microbiology)。组装了79个表达磷溶解关键基因GCD的微生物基因组,揭示了溶磷和碳水化合物代谢之间的基因组关联,为未来通过管理措施来实现可持续的农田磷循环提供理论依据 (Wu et al., 2022, ISME Communications)。



根际生命共同体系统提高养分利用效率及调控途径模式图

       
   未来工作中,平台将继续推进根际生命共同体的创新研究,提高对根际生命共同体的认识水平,在根
-土界面互作与养分高效、微生物-微生物互作与养分高效以及养分高效的地上地下互作等方面的提出研究思路与技术路线。此外,也在洱海科技大会战中参与洱海流域土壤养分与有机肥矿化、多样化种植以及绿色智能肥料研制等板块的工作,在生产一线开展多学科交叉创新系统研究与技术体系落地。