N2O還原菌對菌絲分泌物的趨化、生長和N2O減排響應
叢枝菌根真菌(AMF)是重要的土壤生物，其廣泛的菌絲形成了獨特的菌絲際，與參與氮循環的活性微生物有關聯。然而，AMF和菌絲際相關微生物互作影響作物殘茬區N2O排放的潛在機制尚不清楚。
本研究利用擴增子和宏基因組測序探索了參與N2O產生和消耗的菌絲際關鍵微生物。通過體外培養和回接試驗，研究了分離的N2O還原菌對菌絲分泌物的趨化、生長和N2O減排響應。
芬蘭Bioscreen全自動生長曲線分析儀的應用
CB培養基（見血清瓶測定法）用于測定熒光假單胞菌JL1對菌絲分泌物或其主要化合物的生長反應。培養基中補充了300 mg L?1 NH4+-N（NH4Cl）和10%的維生素（相對于MSR培養基），以確保細菌同化的充分性。將熒光假單胞菌JL1懸浮液接種到250μL CB培養基中，并在10×10孔蜂窩微孔板中培養（初始OD600值0.05）。使用Bioscreen C自動微生物生長曲線分析系統（Oy-growth Curves Ab，Turku，Finland）在30°C下每2小時測量OD600值測24小時，每次處理4個重復。
研究結果：AMF菌絲減少了富含C和N的殘茬中反硝化作用產生的N2O排放（最大可降低63%）。AMF一致地增加了nosZI基因的豐度和表達。菌絲際N2O排放的減少與AMF特異性富集的N2O還原細菌假單胞菌有關，與參與細菌檸檬酸循環的關鍵基因的相對豐度增加相一致。分離出的完全反硝化細菌熒光假單胞菌菌株JL1（nosZI型）的表型特征結果表明，N2O排放的減少是由于AMF菌絲分泌物（如羧酸鹽）上調了JL1菌株nosZ基因表達的結果。這些結果在熒光假單胞菌的回接試驗得到進一步驗證，菌絲密度與nosZI基因豐度之間的正相關也在一個長達11年的田間試驗得到驗證。
圖1、試驗流程圖
圖2、兩種AMF處理下斑塊室N2O排放情況
圖3、在沒有或有AMF的情況下，nirK、nirS、nosZ（I族和II族）的基因和轉錄物拷貝，以及nosZ I/（nirK+nirS）比例
圖4、菌根對不同斑塊室中的nosZ群落結構，N2O排放與假單胞菌豐度之間的相關分析圖
研究結論：AMF和菌絲上的N2O還原細菌假單胞菌的協同作用顯著減少了微域N2O排放。菌絲分泌的羧酸鹽作為吸引劑招募熒光假單胞菌，也作為刺激劑觸發nosZ基因的表達。本研究表明，加強AMF和菌絲際微生物組之間的協同作用能刺激富養分微域N2O消耗，從而減少土壤N2O排放。這為開發跨界微生物互作促進農業可持續發展和減緩氣候變化開辟了新的途徑。