耐铝毒大豆根际微生物分子特征研究

About 25% of the soil is acidic soil in South China. Aluminum poisoning is the main factor limiting the growth of crop in the acidic soils. The mechanism of aluminum tolerance of root exudates of soybean has been extensively studied, and also more than 10 soybean varieties with aluminum tolerance have been developed by the group. Previous studies have shown that a variety of microbes in the rhizosphere may be related with the roots of resistant aluminum. Therefore, high-throughput sequencing and bioinformatics analysis will be used in this study to explore the composition and diversity of rhizosphere microorganisms in different genotypes of soybean and their correlation with aluminum tolerance. The nutrient content of soybean plant, soil enzyme activity, soil physical and chemical properties will be analized to clarify the relationship among soil microbial community diversity, soil enzyme activity and the aluminum tolerance of soybean, and to elucidate the mechanism of rhizosphere microorganisms of aluminum tolerant soybean. The expected results of this study will provide theoretical support for the comprehensive remediation of aluminum soil in southern China, the selection of aluminum tolerance varieties and the improvement of soybean yield.

在我国华南地区有25%左右的土壤是酸性土壤，铝毒害是酸性土壤抑制作物生长的主要因素。前人已经从大豆根系分泌物等方面进行了抵御铝毒的机制研究，项目组也已培育出10余个耐铝毒大豆品种应用于生产，前期研究表明大豆根际微生物群落与根系耐铝毒能力可能有关。因此，本项目将采用高通量测序、生物信息分析等技术手段，探讨不同基因型大豆根际微生物的组成、多样性及其与耐铝毒能力的相关性，通过与不同基因型大豆植株营养元素含量、土壤酶活性及土壤理化性质等参数的耦合分析，研究解析不同基因型大豆的根际微生物群落多样性与土壤酶活性以及大豆耐铝毒能力的关系，探讨我国华南地区耐铝毒大豆的根际微生物机制。预期结果将为我国南方铝毒土壤的综合整治以及选育耐铝毒大豆品种，提高产量提供理论支持。

铝是酸性土壤中大豆生产力的主要有害因素。土壤酶活性和细菌在提高大豆的抗逆性中起重要作用。我们评估了在不同铝胁迫下耐铝（Al-T）和铝敏感（Al-S）大豆基因型中土壤酶的活性以及细菌的结构和功能。方法采用盆栽试验系统，测定不同铝胁迫下植物生物量，脲酶，酸性磷酸酶，过氧化氢酶，蔗糖酶和淀粉酶活性，土壤化学性质以及根际细菌群落多样性和Al-T和Al-S大豆基因型的结构。浓度（0、0.2和0.4 Al3 + g kg-1）。仅在高铝胁迫下，Al-T和Al-S大豆之间才观察到土壤酶活性和细菌群落结构的显着差异。我们确定了23个操作生物分类单位（OTU），包括OTU46（Tumebacillus），OTU253（Granulicella）和OTU180（Burkholderia），它们可能会提高大豆对铝毒性的耐受性。典范对应分析（CCA）结果表明，NH4 + -N是驱动这两个基因型之间细菌群落结构差异的重要因素。 Al胁迫简化了Al-T大豆的网络结构，这可能导致土壤细菌群落容易受到生物和非生物因素的影响。高铝胁迫驱动着Al-T和Al-S大豆基因型之间不同的土壤酶活性和细菌群落结构，而NH4 + -N是驱动两种基因型之间细菌群落结构的最重要因素。 Al-T大豆吸收了耐铝微生物，例如Tumebacillus，Granulicella和Burkholderia，以提高对Al胁迫的抵抗力。尽管如此，铝胁迫简化了铝-T大豆的网络结构，这可能使土壤细菌群落容易受到其他生物和非生物因素的影响。