缺氮胁迫对小麦根际土壤微生物群落结构特征的影响

根际微生物在作物养分吸收的过程中发挥着重要作用。为提高小麦的氮肥利用率,有必要深入探究缺氮胁迫对小麦根际微生物群落结构的影响。利用氮素耗竭的陕西关中地区典型的塿土,设置了正常供氮(150 mg·kg^(-1))和缺氮(不施氮肥)的小麦根箱实验,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析了小麦根际、近根际和非根际土壤微生物的多样性和群落结构的差异。结果表明:土壤可溶性无机氮含量在微生物群落多样性和群落结构的变化中起主导作用。与正常供氮相比,土壤微生物群落在缺氮胁迫下具有更高的α多样性。厚壁菌门(Firmicutes)、纤细菌门(Gracilibacteria)、Candidatus Jorgensenbacteria和迷踪菌门(Elusimicrobia)等微生物的丰度与土壤硝态氮含量显著负相关,氨氧化古菌Nitrososphaeria则是受缺氮胁迫影响的微生物共存网络的重要节点。缺氮胁迫诱导了土壤微生物的m RNA合成、糖酵解、过氧化物代谢和磷酸肌醇代谢等代谢过程。亚硝化螺菌(Nitrosospira)和硝化螺旋菌(Nitrospiraceae)等对随机森林分类器准确度的影响最大,后续可作为土壤供氮水平的生物标记物。综上所述,缺氮胁迫对小麦根际微生物的多样性、群落结构和代谢功能产生了显著影响,且大于根际效应的影响,该发现对未来小麦根际促生微生物的培养和鉴定有启示作用,并为减氮增效的生产实践提供了理论依据。

蛋白质组学分析揭示水稻地上部对缺铁和高铁胁迫的响应

铁在矿质土壤中含量丰富,但在中性和碱性土壤中大多以不易被植物吸收利用的氧化物或氢氧化物形式存在;稻田土壤在淹水条件时氧化还原电位较低,大量铁以易被植物吸收利用的亚铁形式存在。土壤中铁的生物有效性过低或过高均会导致植物的生长发育受阻。本研究对缺铁(0μmol·L^(-1))、铁充足(40μmol·L^(-1))和高铁(350和500μmol·L^(-1))条件生长的水稻地上部进行了非标记蛋白质组学分析。结果显示,与铁充足条件相比,缺铁和两种浓度的高铁胁迫水稻中分别有130、157和118个蛋白质的丰度发生显著变化。基因本体富集分析显示,缺铁和高铁胁迫下的差异蛋白在初级代谢过程、有机氮化合物代谢过程、蛋白质代谢过程和细胞成分组织或生物发生等生物学过程均显著富集;差异蛋白还参与核糖体、光合作用和氧化磷酸化等代谢途径。缺铁胁迫显著影响参与苯丙烷类物质和辅助因子生物合成的蛋白质丰度,而高铁胁迫则引起氨基酸生物合成过程的蛋白质丰度发生显著变化。本研究发掘到一系列可用于水稻铁高效育种工作的候选蛋白,还发现了一些功能未知的差异蛋白可作为后续水稻铁胁迫响应的研究目标,同时为理解植物应对铁胁迫的完整响应网络提供了补充信息。