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適量施氮促進稻種中細菌真菌定殖并提高食味品質(zhì)

作者：李晨 來源：中國科學(xué)報 

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近日，中國水稻研究所稻田生態(tài)與環(huán)境創(chuàng)新團隊分析了水稻在不同氮肥施用條件下種子內(nèi)生細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的差異，同時測定了各個處理下水稻籽粒中的總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和氨基酸含量等品質(zhì)指標，探索揭示了氮肥水平影響水稻種子內(nèi)生菌群結(jié)構(gòu)和籽粒品質(zhì)的作用機制。相關(guān)研究成果發(fā)表在《全環(huán)境科學(xué)》 (Science of the Total Environment) 上。
化肥，特別是氮肥的大量使用雖然顯著提高了作物產(chǎn)量，但是對生態(tài)系統(tǒng)造成了有害的影響。水稻作為世界一半人口的主要糧食，現(xiàn)代育種策略的目標大多是高施氮量下獲得高產(chǎn)，這導(dǎo)致氮肥利用效率低，同時對環(huán)境造成了一系列的負面影響。植物微生物群落在植物整個生命周期的發(fā)育和健康中起著關(guān)鍵作用，并影響多種宿主功能，包括營養(yǎng)供應(yīng)、抗病以及生物和非生物脅迫恢復(fù)能力。特別是根際微生物群落，因為它們與植物和土壤密切的相互作用而引起了廣泛關(guān)注。施氮對植物和土壤微生物的影響已經(jīng)得到了很好的研究。然而，施氮是否以及如何調(diào)節(jié)種子內(nèi)生微生物群和籽粒品質(zhì)仍然是未知的。了解種子內(nèi)生菌群和籽粒品質(zhì)對施氮量的響應(yīng)，將有助于充分利用植物微生物群，減少施氮量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
該研究以粳稻秀水134為材料，試驗設(shè)4種施氮處理方式——不施氮、適宜施氮量、中氮施用量、高施氮量，分別進行大田栽培試驗。于水稻成熟期，采集不同處理的水稻種子樣品，提取種子內(nèi)生微生物DNA，分析了水稻在不同氮肥施用條件下種子內(nèi)生細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的差異；測定了不同處理下水稻籽粒中的總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和氨基酸含量等品質(zhì)指標，探索了氮肥水平對種子內(nèi)生菌群結(jié)構(gòu)和籽粒品質(zhì)的影響機制。
研究結(jié)果表明，適量施氮處理的水稻種子內(nèi)細菌和真菌群落多樣性和豐富度均高于過量或不施氮處理，籽粒蛋白質(zhì)和氨基酸含量隨著施氮量增加而增加。在適度施氮條件下，種子內(nèi)生微生物群落的共生網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜，富集更多潛在的有益菌群，而在過量施氮條件下則相反。
此外，籽粒直鏈淀粉和支鏈淀粉含量與細菌和真菌優(yōu)勢屬的相對豐度呈顯著正相關(guān)，而籽粒氨基酸含量與細菌優(yōu)勢屬呈負相關(guān)，與真菌優(yōu)勢屬呈正相關(guān)。
綜上所述，適量施氮可以促進種子中細菌和真菌群落定殖，提高糧食食味和蒸煮品質(zhì)。研究拓展了我們對合理施肥在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中種子-微生物相互作用中的重要作用的認識。
該研究獲得了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危害因子與風(fēng)險防控國家重點實驗室開放基金、浙江省重點研發(fā)計劃項目和中央科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159181