非共生固氮（FLNF）是生态系统中普遍发生的重要氮输入过程。该过程需要大量能量，因而根系分泌物（氨基酸、羧酸、糖等）输入极可能造成根际非共生固氮热点区。然而，根系分泌物中碳源种类和数量如何调控土壤FLNF尚缺乏系统性研究。
基于此，中国科学院成都生物研究所尹华军研究团队以农田和森林土壤为试验对象，比较了不同种类和数量的碳源添加下非共生固氮速率的变化规律，并进而探讨了其微生物机制。研究结果表明：1）糖和羧酸能显著提升FLNF速率（最高达3个数量级），而氨基酸不影响甚至抑制FLNF速率；2）碳源添加量达到一定阈值后方可有效提升FLNF速率，表明非共生固氮微生物和其他微生物之间存在竞争；3）添加碳源后FLNF速率提高与非共生固氮微生物群落组成变化密切相关（如常见生物肥料Paenibacillus属丰度增加），而不受非共生固氮微生物丰度（nifH基因拷贝数）影响。以上结果表明，碳源种类和数量主要通过调整非共生固氮微生物群落结构实现对FLNF速率的调控。本研究有助于预测环境变化下根系分泌物如何介导根际FLNF的响应，也可为开发根际固氮微生物接种菌剂提供启示。
Fig.1 碳源种类对农田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影响。
Fig.2 碳源浓度对农田（a和c）和森林（b和d）土壤中FLNF速率的影响。
Fig.3 添加不同种类的碳源（1 mg C g-1 soil）1、3、5和7天后，农田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐标分析（PCoA）及其在属水平的相对丰度。
Fig.4 添加不同浓度混合碳源3天后，农田（a和c）和森林（b和d）土壤中非共生固氮微生物群落的主坐标分析（PCoA）及其在属水平的相对丰度。
Fig.5 添加混合C源后，Paenibacillus的相对丰度与FLNF速率之间的相关性。
上述研究结果于2024年8月以“Carbon type and quantity regulate soil free-living nitrogen fixation through restructuring diazotrophic community”为题发表于土壤科学TOP期刊“Applied Soil Ecology”。中国科学院成都生物研究所已毕业硕士生赵谦为论文第一作者，王吉鹏副研究员为通讯作者，尹华军研究员全程指导了该研究。本研究得到了中国科学院“西部之光”交叉团队项目、四川省科技厅面上项目和国家自然科学基金的联合资助。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139324003172