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WR:根系介导的酸化作用、磷酸酶活性以及磷循环微生物群落增强了湿地植物根际的磷动员

发表时间:2024-04-25 10:02

文章信息:

**作者: 李财

通讯作者:丁士明、戴智慧

通讯单位:中国科学院南京地理与湖泊研究所、中国科学院地球化学研究所

期刊:Water Research

影响因子:12.8

DOI:10.1016/j.watres.2024.121548

摘要:

湿地植物的根际修复是一种环境友好型的沉积物磷(P)去除策略,依赖根系与微生物之间相互作用。本研究利用高分辨采样和成像、宏基因组测序等方法,研究了湿地植物根际中磷的固定和动员机制。磷、铁(Fe)和锰(Mn)的二维空间分布表明,铁氧化物吸附而非锰氧化导致了根际活性磷的耗竭,铁结合态磷组分增加支撑了这一论点。植物根系通过改变根际环境和磷循环微生物群落,从沉积物中获取低有效性磷。通过局部酸化和增加的磷酸酶活性,分别增强了矿物磷的溶解和有机磷的矿化。根际中磷溶解和矿化基因(gcd和phnW)相对丰度增加,以及磷转运基因(ugpA、ugpB和pit)基因减少,表明微生物活化磷的潜能增加、同化磷的潜能降。上述活化磷的过程导致培养期间湿地植物根际中10.04%无机磷和15.23%有机磷的再动员。然而,上述过程并不能补偿根系吸收和矿物固定导致的根际磷耗竭。研究结果为根际磷循环过程与机制提供了新的见解,有助于指导未来的植物修复策略。


摘要图

根际中O2和pH的空间分布以及根系生长的灰度图像。

通过PO和DGT方法确定的根际中O2和活性P、Fe和Mn的空间分布:(a) 经过化学成像处理的根际的灰度图像;(b) 和 (c) 分别为R1的活性P、Fe和Mn通量及其相关性;灰色阴影表示根际区域。(d) 和 (e) 分别为R2的活性P、Fe和Mn通量及其相关性;灰色阴影表示根际区域。


本研究基于高分辨采样和成像技术对湿地植物根际过程进行了二维可视化分析,深化了对湿地植物根际中磷循环过程和机制的理解。根系生长显著改变了根际特性,包括O2浓度、pH值、磷的生物有效性和组分、磷酸酶活性水平以及磷循环微生物群落的丰度。研究发现,由径向氧损失(ROL)驱动的根系铁斑形成对磷具有很强的亲和力,导致根际中活性磷的减少。根系诱导的根际酸化、磷酸酶活性的增加以及磷溶解和矿化基因(gcd和phnW)相对丰度的增加,促进了根际中低有效性磷的溶解和矿化,为根系吸收提供了广泛的磷源。我们的发现为开发高效的植物修复策略提供了科学基础,例如通过调节湿地植物的根际环境和磷循环微生物群落,以优化植物磷固定和吸收过程,从而提高磷去除效率。


Cai Li, Xin Ma, Yan Wang, Qin Sun, Musong Chen, Chaosheng Zhang, Shiming Ding, Zhihui Dai, Root-mediated acidification, phosphatase activity and the phosphorus-cycling microbial community enhance phosphorus mobilization in the rhizosphere of wetland plants, Water Research, Volume 255, 2024, 121548, ISSN 0043-1354, https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121548.


文章链接https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135424004500


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