《Solid Earth Sciences》：Rhizosphere microbial population and their plant growth-promoting functionality are influenced by soil sodicity and crop diversity
编辑推荐：
本研究评估了正常、复垦钠渍和盐碱土壤中10种作物根际微生物多样性与促生功能。发现水稻在正常及复垦钠渍土中抑菌效果最佳，小麦磷溶菌最高。土壤pH、电导率等解释了50%的功能差异，与酶活性显著相关，表明作物与土壤特性共同调控微生物功能，对盐渍土改良有指导意义。
Pooja Verma|Priyanka Chandra|Arvind Kumar Rai|Nirmalendu Basak|Kailash Prajapat|Ram Kishor Fagodiya|Parul Sundha|Baljeet Singh Saharan|Rajender Kumar Yadav
印度哈里亚纳邦卡纳尔市ICAR-中央土壤盐度研究所，邮编132 001
摘要
根际微生物群落的组成及其促进植物生长的功能（PGP）对于塑造植物对土壤压力的响应至关重要。本研究评估了作物和各种土壤特性对恢复盐碱化土壤、盐碱化土壤及正常土壤中根际微生物多样性、植物生长以及抑制植物病原真菌的影响。从这些土壤中收集的十种作物的根际分离出的根瘤菌被筛选了其溶解养分的能力、抑制真菌生长的能力、产生铁载体化合物的能力、产生吲哚乙酸的能力、产生氰化氢的能力以及分泌铵盐的能力。在部分恢复盐碱化的土壤中，根瘤菌和放线菌的数量较多；而在盐碱化土壤中，真菌占主导地位。与盐碱化土壤和部分恢复盐碱化的土壤相比，正常土壤的Shannon-Weiner多样性指数范围更大（0.20–0.73）。在部分恢复盐碱化和盐碱化土壤中，Oryza sativa（水稻）和Brassica juncea（油菜）的微生物群落多样性更高。在正常土壤（15株分离株）和恢复盐碱化土壤（22株分离株）条件下，观察到具有独特形态并具有抑制真菌生长能力的分离株数量最多。在Triticum aestivum（小麦）的根际中，发现了最多的磷酸盐溶解菌。相比之下，在恢复盐碱化土壤中的Oryza sativa根际中，记录到了最多的锌溶解微生物。pH值、电导率（EC）、土壤有机碳、氮（N）、磷（P）和钾（K）大约解释了不同盐碱度土壤中PGP作用、真菌生长抑制、生物多样性和根际土壤生化活性的50%变异。脱氢酶和磷酸酶与磷（r = 0.63–0.71；P < 0.001）呈显著正相关，与pH值和电导率（r = –0.57至–0.79；P < 0.001）呈负相关。锌溶解、铁载体化合物的产生、氨盐的分泌以及真菌生长的抑制作用与电导率呈正相关。本研究表明，土壤电导率和pH值及其与作物的相互作用在招募微生物群落以适应盐碱化土壤中的各种生物和非生物压力方面起着关键作用。
引言
根际是介导植物根系、土壤成分和微生物之间相互作用的主要生态位（Chandra等人，2024a；Chandra等人，2022a；Cordero和Datta，2016）。在压力较大的农业生态系统中，成功的作物生产在很大程度上依赖于这些相互作用，以改善水分和养分的吸收并抵御生物胁迫，从而获得光合产物。这些相互作用支持作物的生长和发育，并推动陆地养分循环（Bedwal等人，2025b；Chandra等人，2025b；Chandra等人，2025a；Chandra等人，2022a）。多项研究强调了作物植物在与不同微生物群体建立互利关系时的选择性行为，以满足在特定盐碱度和生物胁迫条件下的需求（Chandra等人，2020；Rai等人，2020）。针对特定土壤环境调整根际微生物群落在再生农业中越来越重要（Li等人，2025），主要目的是通过添加适应当地环境条件的有益微生物来优化土壤健康、植物抗逆性和生态系统功能（Poudel等人，2019）。在高可交换钠和pH值的情况下，加上盐碱化土壤中较差的通气性和水分运动，会对根际功能产生严重的不利影响（Guan等人，2021）。土壤溶液中高pH值和过量的CO32–及HCO3–也会导致微生物群落组成的变化，氮固定菌、磷溶解菌和其他有益微生物的数量减少（Bedwal等人，2025a；Rai等人，2021b）。在一项针对盐碱化土壤条件的研究中，土壤pH值、电导率、有机碳、KMnO4–N和Olsen’s P及NH4OAc–K解释了高粱、珍珠粟、小麦和芥菜根际真菌种群约52%的变异（Chandra等人，2024a；Chandra等人，2024b）。因此，阐明在不同盐碱度相关胁迫下不同作物物种根际微生物群落的变异对于深入理解盐碱化农业生态系统中植物-微生物相互作用至关重要。
一些微生物在根际促进外多糖的分泌，以排除Na+的吸收并维持较低的细胞质浓度（Gunasekaran等人，2022）。除了排除Na+外，这些聚合物还能改善土壤团聚性、通气性和水分运动，从而创造更好的生长条件。研究表明，Agromyces、Pseudomonas、Bacillus、Paenibacillus、Enterobacter、Burkholderia和Sphingomonas属细菌的存在可以在盐碱化条件下促进作物生长（Damodaran等人，2019；Verma等人，2022）。据报道，Bacillus subtilis可以调节水稻中负责Na+吸收（OsHKT2；1）、外排（SOS1）和木质部卸载（HKT1；5）的基因（Niu等人，2016）。其他适应性生理反应，包括光合速率的变化、气孔导度以及类胡萝卜素、叶绿素和蛋白质的合成，也由特定的微生物关联介导（?i?ek等人，2018；Naveed等人，2014；Singh等人，2021；Tang等人，2015）。因此，开发适应极端土壤条件的作物植物与微生物群落之间的合作关系可能是恢复盐碱化农业生态系统的有益策略。因此，研究土壤盐碱度和作物类型对根际微生物群落的影响对于制定此类策略至关重要。因此，本研究旨在测试以下假设：有益微生物种群动态和促进植物生长的活动在不同作物物种中对土壤盐碱度水平和根际相互作用的响应存在显著差异。本研究的目标是：（i）评估不同土壤盐碱度特性对不同作物根际微生物种群和关键功能多样性的影响；（ii）理解盐碱化土壤的生物和物理化学特性之间的相互关系；（iii）量化盐碱化土壤的关键物理化学特性对重要作物根际功能的影响。
土壤特征与分析
从三种类型的地点收集了十种不同作物的根际土壤样本，包括大麦（Hordeum vulgare L.）（HV）、小麦（Triticum aestivum L.）（TA）、野生燕麦（Avena fatua L.）（AF）、高粱（Sorghum bicolor L.）（SB）、黑豆（Vigna radiata L.）（VR）、绿豆（Vigna mungo L.）（VM）、玉米（Zea mays L.）（ZM）、印度芥菜（Brassica juncea L.）（BJ）、水稻（Oryza sativa L.）（OS）和珍珠粟（Pennisetum glaucum L.）（PM），分别代表正常土壤、恢复盐碱化土壤和...
土壤化学性质
土壤pH1:2的范围在7.36到8.89之间，而EC1:2的范围在0.16到6.37 dS m–1之间（表1）。盐碱化土壤的EC1:2和pH1:2值高于正常土壤和恢复盐碱化土壤。不同作物根际的可用氮（N）、磷（P）和钾（K）含量存在差异（P < 0.05）。正常土壤中的KMnO4–N和Olsen–P含量较高。在正常土壤中，HV的根际土壤中KMnO4–N含量较高；在恢复盐碱化土壤中，OS的根际土壤中KMnO4–N含量较高；在盐碱化土壤中，TA的根际土壤中KMnO4–N含量较高。讨论
土壤盐碱度在决定根际微生物群落的多样性和丰度方面起着重要作用（Hossain和Sugiyama，2011；Xue等人，2018）。本研究中盐碱化土壤的关键特性，如电导率（EC）、pH值、有机碳（SOC）和养分有效性，也解释了约50%的微生物丰度和功能特性的变异。沿不同RDA坐标划分土壤类型突显了土壤因素在控制微生物群落方面的重要性。结论
本研究得出结论，土壤性质和作物类型影响根际微生物群落。土壤和作物特有的微生物群落招募方式也影响其功能。盐碱化土壤中的作物具有较低的微生物多样性和丰度。土壤和作物显著影响根际微生物种群、多样性、真菌生长抑制、养分溶解以及土壤酶活性。土壤化学性质...资助
印度农业研究委员会，新德里（印度）。作者贡献声明
Rajender Kumar Yadav：撰写 – 审稿与编辑，监督。Baljeet Singh Saharan：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。SUNDHA PARUL：正式分析，数据管理。Ram Kishor Fagodiya：撰写 – 审稿与编辑，调查，数据管理。Kailash Prajapat：正式分析，数据管理。Priyanka Chandra：撰写 – 原始草案，方法学，调查，概念构思。Pooja Verma：方法学，调查。Nirmalendu Basak：撰写 – 审稿与编辑，正式...声明
伦理批准不适用。参与同意
不适用。
出版同意
我们的研究不包含任何来自个人的数据。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢ICAR-中央土壤盐度研究所（CSSRI）（位于哈里亚纳邦卡纳尔市）的主任提供的技术和实验室支持。本研究文章已获得ICAR-CSSRI优先级、监测和评估部门（PME）的批准（研究文章编号6/2023，日期为2023年3月30日）。
