根際是是植物養(yǎng)分獲取的關(guān)鍵區(qū)域，也是土壤中最重要的微生物熱區(qū)之一。由于土壤顆粒對磷素的強(qiáng)烈固定作用，農(nóng)田土壤中存在著普遍的磷限制 ，成為植物生長和作物生產(chǎn)力的關(guān)鍵限制因子之一。有機(jī)磷占土壤磷素總量的30-80%的磷素，但不能直接被植物利用，需先在磷酸酶的作用下轉(zhuǎn)化與無機(jī)磷，方可用于生長代謝。微生物是土壤磷周轉(zhuǎn)的動(dòng)力，研究微生物在根際有機(jī)磷礦化中的作用有助于深入理解根際磷活化機(jī)制，提高植物磷利用效率。
為此，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究人員以缺磷水稻土（Olsen P < 5 mg kg-1）和亞洲栽培稻（Oryza Sativa L.）為材料，采用基于生物有效性的磷素分級方法（Biologically based P，BBP法）結(jié)合土壤微生物分子學(xué)技術(shù)，研究了施磷和水分管理對水稻根際、非根際土壤磷形態(tài)、堿性磷酸酶編碼基因（phoD）豐度與多樣性的影響。結(jié)果表明，缺磷顯著提高了水稻根際phoD的豐度，且改變了phoD編碼微生物的群落組成。速效磷含量與堿性磷酸酶（ALP）活性顯著正相關(guān)，表明有機(jī)磷礦化有利于緩解土壤缺磷狀況。另外，研究發(fā)現(xiàn)，除了旱地常見的優(yōu)勢物種Bradyrhizobium和Methylobacterium外，水稻土中甲烷氧化菌Methylomonas在phoD編碼微生物中相對豐度也較高。缺磷處理中，phoD編碼微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)邊的數(shù)量比施磷土壤多，其中負(fù)相關(guān)關(guān)系增加了3.5倍（圖1,2），說明缺磷脅迫下水稻根際phoD編碼微生物網(wǎng)絡(luò)關(guān)系更復(fù)雜，種間競爭激烈因此，phoD編碼微生物中，稀有物種可能是礦化有機(jī)磷、緩解缺磷脅迫的關(guān)鍵微生物。在未來微生物促磷技 術(shù)的研發(fā)中，需同時(shí)考慮有機(jī)磷的礦化和無機(jī)磷的活化，以實(shí)現(xiàn)最佳“促磷增磷”效果。該研究為通過微生物手段緩解土壤缺磷脅迫提供了理論依據(jù)。
該項(xiàng)研究近期以題為Rare taxa of alkaline phosphomonoesterase-harboring microorganisms mediate soil phosphorus mineralization發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
圖 1 微生物稀有物種對土壤磷有效性的調(diào)控機(jī)制圖
圖2缺磷（P0）和施磷（P80）處理中，堿性磷酸酶編碼基因（phoD）編碼微生物的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖