科研進(jìn)展
蘭州化物所高寒草地牧草化感作用與根際微生態(tài)研究獲新進(jìn)展
冷地早熟禾（Poa crymophila Keng）是青藏高原高寒草甸中廣泛分布的多年生鄉(xiāng)土禾本科植物，具有較強(qiáng)的建植能力和耐寒、耐旱等生態(tài)適應(yīng)性，是退化高寒草地恢復(fù)中具有潛在應(yīng)用價(jià)值的優(yōu)良牧草。然而，與其地上生長(zhǎng)適應(yīng)性相比，冷地早熟禾根際土壤微環(huán)境特征及其與土壤微生物、代謝物和養(yǎng)分循環(huán)之間的關(guān)系仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所天然藥物與化學(xué)測(cè)量研究中心植物化感與良性生態(tài)研究組圍繞高寒草地重要豆科牧草扁蓿豆化感潛力及其在退化天然草地生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用前景取得階段性進(jìn)展后（Phytochemistry, 2025, 239, 114587），近日，研究人員將研究對(duì)象拓展至青藏高原鄉(xiāng)土優(yōu)質(zhì)牧草冷地早熟禾，從根際土壤微環(huán)境角度解析草地植物在退化高寒草地中的生態(tài)作用。
研究團(tuán)隊(duì)在青海省瑪沁縣大武鎮(zhèn)和貴南縣過(guò)馬營(yíng)鎮(zhèn)兩個(gè)高寒草甸采集冷地早熟禾根際土壤與非根際土壤，結(jié)合高通量測(cè)序、非靶向代謝組學(xué)、土壤理化性質(zhì)和酶活性測(cè)定，系統(tǒng)評(píng)估不同生態(tài)環(huán)境、不同氣候背景下冷地早熟禾根際效應(yīng)的穩(wěn)定性與差異性。
圖1.冷地早熟禾根際效應(yīng)
結(jié)果表明，與非根際土壤相比，冷地早熟禾根際土壤整體表現(xiàn)更高的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、有效鉀和有效磷水平，同時(shí)多種關(guān)鍵土壤酶活性明顯提高。由此表明，冷地早熟禾根際區(qū)域并非簡(jiǎn)單的根系附著土壤，而是一個(gè)養(yǎng)分可利用性較高、生物化學(xué)過(guò)程更活躍的微環(huán)境。微生物群落分析進(jìn)一步顯示，冷地早熟禾根際和非根際土壤在細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)上存在明顯分化。根際土壤中富集了部分與養(yǎng)分循環(huán)、土壤活性和植物適應(yīng)性相關(guān)的微生物類群，如鞘氨醇桿菌屬（Sphingomicrobium）和裂殼菌屬（Schizothecium）等類群。非靶向代謝組學(xué)結(jié)果揭示了冷地早熟禾根際與非根際土壤在化學(xué)組成上的差異。根際土壤中富集了赤霉酸、脫落酸等多種特征代謝物。上述化合物可能來(lái)源于根系輸入、植物殘?bào)w分解和微生物代謝等多重過(guò)程，提示冷地早熟禾根際具有區(qū)別于非根際土壤的化學(xué)微環(huán)境。在控制地點(diǎn)效應(yīng)后，土壤部位仍然是解釋細(xì)菌和真菌群落差異的重要因素，表明冷地早熟禾根際確實(shí)具有相對(duì)獨(dú)立的地下微環(huán)境特征。其中，土壤理化性質(zhì)是解釋微生物群落分化最穩(wěn)定的因子，特別是pH、全氮、硝態(tài)氮和土壤有機(jī)質(zhì)；同時(shí)，纖維素酶、多酚氧化酶、蔗糖酶等酶活性以及特征代謝物也進(jìn)一步參與根際與非根際之間的功能差異形成。
圖2.冷地早熟禾根際與非根際土壤微生物群落差異特征
上述研究從根際土壤微環(huán)境角度拓展了團(tuán)隊(duì)草地植物生態(tài)功能研究體系。與扁蓿豆研究強(qiáng)調(diào)化感物質(zhì)對(duì)伴生植物的選擇性調(diào)控不同，冷地早熟禾研究進(jìn)一步揭示了鄉(xiāng)土禾本科植物根際在養(yǎng)分狀態(tài)、酶促過(guò)程、微生物群落和代謝物積累方面的綜合特征。
總體來(lái)看，冷地早熟禾根際表現(xiàn)出較高的養(yǎng)分可利用性、較活躍的土壤酶過(guò)程、特異的微生物群落結(jié)構(gòu)和富集的根際相關(guān)代謝物，說(shuō)明其不僅具有植被恢復(fù)價(jià)值，也可作為評(píng)估退化高寒草地土壤微環(huán)境改善潛力的重要指示植物。該研究為冷地早熟禾在退化高寒草地生態(tài)修復(fù)中的精準(zhǔn)利用提供了地下生態(tài)學(xué)依據(jù)，也為團(tuán)隊(duì)后續(xù)開(kāi)展基于鄉(xiāng)土草地植物的高寒草地生態(tài)修復(fù)等系列研究奠定了基礎(chǔ)。
圖3.地早熟禾根際細(xì)菌群落組成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子
相關(guān)研究以“Multi-omics characterization of site-dependent rhizosphere effects of Poa crymophila Keng in alpine meadow soils”為題發(fā)表在Rhizosphere（2026,38,101352）上。蘭州化物所全職博士后華翠平為論文第一作者，金輝副研究員和秦波研究員為通訊作者。
該研究得到了中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）、甘肅省科技計(jì)劃和甘肅省知識(shí)產(chǎn)權(quán)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
