pH对土壤氨基酸生物有效性的影响及其机制

It is well known that higher plants can absorb organic nitrogen such as amino acids as N source, but how soil pH regulate soil amino acid bioavailability and its microbiology mechanism is lack of detailed research. This project is aim to combine the technique of 13C,15N dual labelling, 13C-PLFA and DNA-SIP et al, to study the effects of pH on the uptake, transportation, and metabolism of amino acids by the method of sterilized hydroponic solution cultivation, and to explore the effects of pH on the competitive uptake of amino acids by plants and soil microorganisms and its microbiological mechanism with rhizosphere cultivation method. The results will not only reveal the influence of pH on soil amino acid biological availibility from the perspective of plant absorption and metabolism, but also explicit the effect of pH on plants and microorganisms competitive absorption of amino acids and its microbiological mechanisms. This will help to exlore the influence of changing pH on soil fertility and integrated plant nutrient management.

迄今人们对高等植物能够吸收利用氨基酸等有机氮养分已有共识，但土壤pH如何影响土壤氨基酸生物有效性及其微生物学机制尚缺乏细致研究。本项目拟以无菌水培结合土壤培养方法，采用13C,15N双标记结合13C-PLFA、DNA-SIP等技术，研究pH对植物吸收、转运和代谢氨基酸的影响，并在根际环境下研究其对植物与微生物竞争吸收甘氨酸的影响及其微生物机制。本项目不仅首次从植物吸收和代谢角度揭示pH对土壤氨基酸生物有效性的影响及其内在调控机理，还从植物与微生物角度研究其对植物与微生物竞争吸收氨基酸的影响及其微生物机制，这有利于全面阐述pH对土壤肥力的本质影响，丰富植物营养理论，特别是对养分资源综合管理也具有非常重要的意义。

本项目基于无菌水培和土壤培养方法，采用13C,15N双标记结合15N-气相色谱-质谱联用、13C-PLFA等技术，研究pH对植物吸收、转运和代谢氨基酸的影响，并在根际环境下研究其对植物与微生物竞争吸收氨基酸的影响及其微生物机制。研究发现在无菌环境下，甘氨酸对小白菜生长的氮素营养贡献为19.0%–33.1%，表明小白菜具有较强的吸收代谢外源氨基酸的能力。在低pH环境下，根系吸收尤其是主动吸收限制了甘氨酸的营养贡献，而在较高pH下，甘氨酸向丝氨酸转变过程限制了甘氨酸的营养贡献。土壤pH对植物吸收利用氨基酸的影响因土壤类型而异，综合根系吸收、转运及微生物竞争吸收的结果，发现红壤在pH为6.48条件下虽然面临着微生物的竞争吸收，但生长于其上的玉米通过提高吸收速率和转移比率从而提高了氨基酸的吸收量；在pH为7.65的棕壤中，微生物活性较低，降低了与玉米竞争吸收氨基酸的能力，从而增加了玉米对氨基酸的吸收量。此外，土壤pH对蛋白质、多肽和氨基酸的分解有着显著的影响，间接影响了微生物利用氨基酸的能力。本项目不仅首次从植物吸收和代谢角度揭示pH对土壤氨基酸生物有效性的影响及其内在调控机理，还从植物与微生物角度研究其对植物与微生物竞争吸收氨基酸的影响及其微生物机制，这有利于全面阐述pH对土壤肥力的本质影响，丰富植物营养理论，特别是对养分资源综合管理也具有非常重要的意义。