《Applied Soil Ecology》：Lupin-barley intercropping: Root to root interactions drive nitrogen transfer from legume to cereal
编辑推荐：
为探究豆科 - 禾本科间作中生物固氮转移机制，研究人员开展羽扇豆 - 大麦间作研究。结果发现，间作促进大麦生长，氮素从羽扇豆转移至大麦主要通过根系分泌物及有机物分解，该成果为可持续农业提供理论支持。
在农业生产中，肥料的大量使用带来了诸多环境问题，寻找可持续的农业发展模式迫在眉睫。豆科 - 禾本科间作系统被视为减少化肥投入的有效途径。在这个系统里，豆科植物能与固氮菌共生，将空气中的氮气转化为可利用的氮素，提高土壤肥力；禾本科植物则能高效吸收土壤中的氮素。然而，在羽扇豆（一种豆科植物）与大麦（一种禾本科植物）的间作中，尽管已知会发生生物固氮的转移，但具体的转移机制却并不清楚。羽扇豆通常被认为是非菌根植物，那么氮素究竟是如何从羽扇豆转移到大麦的呢？这一问题成为了农业研究领域亟待解开的谜团。
为了揭开这个谜团，来自哥本哈根大学实验农场的研究人员开展了深入研究。他们进行了两项羽扇豆 - 大麦间作实验，旨在探究间作如何影响羽扇豆和大麦的丛枝菌根真菌（AM 真菌）根系定植、植物生长、植物养分含量以及地上部分15 N 值。
研究人员用到了以下几个主要关键的技术方法：首先，通过湿筛法评估土壤中 AM 真菌结构的存在，并利用这些土壤作为接种物，与粗砂混合制备生长培养基；其次，采用不同孔径的尼龙网（1μm 和 50μm）来控制植物根系和真菌菌丝的接触，以此构建不同的实验处理；再者，运用改良交叉法测定 AM 真菌根系定植率；最后，利用稳定同位素比率质谱仪分析植物组织中的15 N 自然丰度。
研究结果如下：
实验 1 ：
AM 真菌根系定植和植物生长 ：所有羽扇豆物种和品种都未出现 AM 真菌根系定植，但窄叶羽扇豆 cv Iris 在间作时，根系周围有外部菌丝和附着胞形成。大麦植株均被定植，且间作处理和单作植株的总根系定植率无显著差异。间作处理的大麦植株生物量干重显著高于单作植株，而羽扇豆生物量除白色羽扇豆外，间作与单作无显著差异。植物氮吸收 ：15 N 自然丰度（δ15 N）受间作、物种及其相互作用的显著影响，单作植物的 δ15 N 更高。羽扇豆的地上部分氮浓度高于大麦，但间作处理间无显著差异。地上部分总氮含量在物种间存在差异，羽扇豆高于大麦，间作处理间同样无显著差异。 实验 2 ：
AM 根系定植和植物生长 ：白色和窄叶羽扇豆根系未被 AM 真菌定植。大麦和豌豆的总根系定植率在物种间存在差异，且对网孔处理的响应不同。大麦生物量在网孔处理间有显著差异，间作时无网孔处理的大麦生物量往往更大。羽扇豆生物量在网孔处理间无差异，但白色羽扇豆在 1μm 和 50μm 网孔处理下生物量较高。植物氮吸收 ：大麦地上部分 δ15 N 对物种和网孔处理均有显著响应，无网孔处理且与豆科植物间作时 δ15 N 值最低。大麦地上部分氮浓度在物种和网孔处理间无显著差异，但无网孔处理下，与羽扇豆间作的大麦氮浓度显著高于单作大麦。大麦总氮含量在物种间差异显著，无网孔处理且与豆科植物间作时最高。根形态特征 ：大麦的比根长（SRL）最高，其次是豌豆和白色羽扇豆。大麦与窄叶羽扇豆在无网孔和 50μm 网孔处理下的 SRL 高于与白色羽扇豆在无网孔处理下的 SRL。白色羽扇豆的根表面积高于大麦和豌豆，且网孔处理间无差异。羽扇豆根瘤数量不受处理影响。
研究结论和讨论部分指出，间作显著促进了大麦的生长，这支持了第一个假设；但未发现 AM 真菌菌丝从大麦根伸出为获取羽扇豆根际固定氮提供途径的证据，不支持第二个假设；大麦和羽扇豆的根形态特征具有明显互补性，根系交织似乎刺激了氮转移，支持了第三个假设。氮素从羽扇豆转移到大麦主要通过根系分泌物和分解的有机物残体，种间根系接触在促进这一过程中起关键作用。羽扇豆 / 大麦间作的优势在于结合了两种根系取食策略，即大麦的 “scavenging” 策略和羽扇豆的 “mining” 策略，这与它们对比鲜明的根系形态相契合，且两种植物根系可塑性较低，减少了地下竞争。
这项研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上，其意义重大。它揭示了羽扇豆 - 大麦间作系统中氮素转移的机制，为理解豆科 - 禾本科间作系统提供了重要依据，有助于推动农业向更可持续的方向发展，农民可以利用这些发现优化种植模式，提高作物产量和养分利用效率，减少对外部肥料的依赖，从而降低农业生产对环境的影响。
打赏
下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究
10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！
欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书
单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析
下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》
