《Ecosphere》：Pea and canola enrich distinct rhizosphere bacterial communities even under intercropping
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本研究通过比较单作与间作条件下豌豆和油菜的根际细菌群落，发现即使在高密度混合种植的豌豆-油菜（peaola）系统中，两种作物的根际细菌群落仍保持显著差异，且间作改变了细菌从土壤向根际的招募模式及氮循环相关基因的预测丰度。尽管土壤和叶片氮含量未发生显著变化，但细菌群落的功能冗余可能补偿了氮肥差异，为间作系统减少合成氮肥施用提供了微生物学依据。
研究背景与目标
微生物通过缓解非生物/生物胁迫、改善养分吸收和产生植物激素对作物生长至关重要。豆科-非豆科间作系统（如豌豆-油菜混合种植系统peaola）表现出显著的产量优势，但其微生物机制尚不明确。本研究旨在揭示peaola系统高产的细菌群落驱动因素，重点探究间作是否：（1）改变土壤和根际细菌丰度；（2）影响植物从土壤中招募根际细菌；（3）改变氮循环相关细菌功能；（4）提高土壤和叶片氮利用率。
方法设计
试验采用混合间作模式（同行混播），设置单作豌豆（0 kg N/ha）、单作油菜（101 kg N/ha）和peaola（51 kg N/ha）处理，每个处理4个重复区块。采集根际和土壤样本，通过16S rRNA测序（V4区）分析细菌群落结构，利用PICRUSt2预测功能基因，并通过化学提取法测定土壤铵态氮（NH4+）、硝态氮（NO3?）和亚硝态氮（NO2?）含量及叶片碳氮比。
根际细菌群落保持作物特异性
尽管豌豆和油菜在间作中根系紧密交错，但其根际细菌群落的组成仍显著分离（PERMANOVA，p < 0.01）。主坐标分析显示，作物种类解释了群落差异的11%，而间作仅贡献2%。单作豌豆与油菜间有17个差异菌属，间作后减少至14个，但7个核心菌属（如固氮相关的Allorhizobium–Neorhizobium–Pararhizobium–Rhizobium）持续在豌豆根际富集，表明植物通过根际分泌物强势调控菌群结构。
间作微调细菌招募模式
与土壤相比，豌豆和油菜的根际均显著富集特定菌属（如具有促生功能的Dyella和Rhodococcus）。间作豌豆根际独有11个富集菌属（如Methylobacterium-Methylorubrum），间作油菜根际独有12个（如Flavobacterium），提示微生物溢流或宿主选择性招募可能改变了菌群组装。
氮循环功能基因预测显示互补潜力
功能预测发现，单作豌豆与油菜根际有2431个差异KEGG直系同源基因（KOMPs），间作后降至1668个。氮循环相关基因（如固氮酶基因nifH）在单作中差异显著，而间作系统中差异减少，表明两种作物的菌群功能在间作中趋向互补。但土壤氮含量（铵态氮、硝态氮/亚硝态氮）和叶片碳氮比在单作与间作间无显著差异，推测细菌功能冗余可能缓冲了氮肥梯度的影响。
结论与展望
Peaola系统的根际菌群是单作菌群的组合体，其功能特征的趋同可能潜在地优化了氮素利用效率。未来需通过宏基因组学验证功能基因表达，并量化根际分泌物动态，以解析间作高产的具体微生物机制。本研究为利用植物-微生物互作减少合成氮肥依赖提供了理论支持。
