沙棘(Hippophae L.)是一种典型的放线菌结瘤固氮植物， 具有重要的药用、食用和生态价值，是我国“三北”防护林的治沙先锋树种。沙棘根际微生物与植物生长发育和逆境耐受密切相关。因此，探究环境因子对沙棘根系不同区室微生物群落的影响，挖掘沙棘根瘤中优势固氮放线菌，不仅有助于阐述植物与放线菌共生机制，还为筛选植物有益促生菌、提高植物抗逆性提供理论支撑。
研究分析了不同地理区沙棘根瘤内生、根瘤表面土和非根际土中微生物群落的结构组成、网络关联和氮循环途径差异。结合环境因子数据，分析了环境因子对沙棘根系不同区室微生物群落的影响。研究发现，沙棘对微生物群落具有明显的选择性过滤作用，从非根际土壤（Shannon指数为9.46，153种相关性）到根瘤表面土（Shannon指数为9.45，122种相关性）再到根瘤内生（Shannon指数为3.91，75种相关性）区室，微生物群落多样性和网络复杂性逐级显著降低。根瘤表面土和非根际土壤区室微生物群落主要以变形菌门为主（平均占44.98%），而根瘤内生微生物群落以放线菌门（平均占83.11%）为主，并且Frankia sp. EAN1pec为绝对优势种（42.27%~45.92%）。Mantel检验显示，土壤有效钾是对非根际土壤、根瘤表面土和根瘤内生区室微生物群落影响最大的环境因子（r > 0.6）。相比于根瘤表面土和根瘤内生区室，非根际土壤隔室微生物群落更容易受到环境因素的影响。在根瘤内生区室中，Frankia sp. EAN1pec的相对丰度在不同地理区之间无明显差异，且与环境因子无显著相关性，表明沙棘决定了自身根瘤内生微生物群落组成，并且不受地理区环境变化的影响。氮循环途径分析表明，Frankia sp. EAN1pec是根瘤内生微生物群落固氮作用的主要贡献菌种（占81.9%~96.9%）（图1）。
图1. 沙棘根瘤、土壤微生物与Frankia sp. EAN1关系模式图
以上研究成果以“High Frankia abundance and low diversity of microbial community are associated with nodulation specificity and stability of sea buckthorn root nodule”为题于近日发表在Frontiers in Plant Science (https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1301447)。论文第一作者为中国林科院林业所博士研究生刘宏，通讯作者为张建国研究员和何彩云研究员。本研究得到中国林科院基本科研业务费专项资金项目的资助。（何彩云/林业所）