近期以来，化肥减量与新型绿色农业投入相结合，已成为改善农业生产中微生态健康的重要实践。鉴于根际过程与植物营养和生产力之间的密切联系，了解施肥如何影响这一关键区域对于优化植物-土壤相互作用和作物适应性以实现农业可持续性非常重要。白娜玲，张翰林，禾玉，张娟琴，郑先清，张海云，等学者通过此次实验证明了氮肥的减少和微生物剂的施用促进了植物的适应性，PGA、A5（-30%氮肥+枯草芽孢杆菌）和FJY（-30%氮肥+PGA）处理均显著促进作物生长，FJY处理对大白菜产量的正向影响最强。微生物制剂影响了根际细菌群落的α多样性;枯草A-5显著影响根际微生物群落结构。
根际微生物是什么？
微生物是土壤生态系统的核心组成部分，在养分循环和能量转化过程中占据主导地位。根际被认为是生物地球化学转化的关键区域，是土壤形成、养分循环和地球陆地生态系统最终生产力的基础。根际微生物组在植物养分转化吸收、病害控制、元素地球化学循环和污染物降解中起着不可或缺的作用。
γ-聚谷氨酸 （γ-PGA）是什么？
γ-聚谷氨酸 （γ-PGA） 是一种环保型高分子量聚合物，通过微生物发酵生产，它具有非凡的保水和保肥性能，在环境中完全降解，因此在农业中起到新型肥料增效剂和食品防腐剂的作用。施用γ-PGA可以显著提高保水性，降低排水速率，防止土壤养分流失，提高作物产量和品质。γ-PGA有助于微生物增殖，减缓养分释放，使氮的表观利用率提高11.38%，提高麦田产量7.17%。
实验是如何设计的？
在建立盆实验之前，将土壤样品通过2毫米筛子并彻底均质化。土壤类型为沙壤土。它含有 13.80 g/kg SOM、0.90 g/kg 总氮 （TN）、1.60 g/kg 总磷 （TP）、72.02 mg/kg 速效氮 （AN）、20.74 mg/kg 速效磷 （AP） 和 240.00 mg/kg 速效钾 （AK），pH 值为 7.78（水土比为 5：1）。
产γ-PGA菌株B，枯草A-5保存在中国典型培养馆。将细菌在LB培养基中在37°C和200rpm下培养48小时，然后以8,000rpm离心10分钟以分离上清液，弃去；细菌液体采用灭菌水重悬制备，并储存在4°C。纯γ-PGA产物和γ-PGA发酵液根据先前研究的方法制备;将纯γ-PGA产品在真空下冷冻干燥，制成粉末。
植物和土壤是如何取样的？
大白菜在种植后60天收获。通过剧烈摇晃根部，将每株植物的根际土壤收集到灭菌容器中。将土壤样品分为两部分：一部分储存在−80°C进行高通量测序，残留物用于土壤理化性质和酶活性测定。分别收集每个花盆的植物样品并清洗以去除表面污染。
生物制剂提高了大白菜的产量
不同处理对大白菜产量和品质的影响不同（表1）。与氮处理相比，添加微生物制剂显著提高了作物产量（20.19-37.63%），与CF处理的效果相当或更高。在6个处理中，FJY处理的蔬菜产量最高（26385.09 kg/hm2），比PGA和A5处理的产量高出9.00–12.67%。
生物制剂施用和施肥显著增加了叶面积，顺序为A5>FJY>PGA>CF/N>CK。A5处理的叶面积最高，是其他处理的1.12–2.57倍。如表1所示，CF处理的硝酸盐含量最高，其次是A5处理。蔬菜中的硝酸盐积累会受到施氮水平的影响;在这项研究中观察到绿色蔬菜中的硝酸盐含量与氮肥施用量呈正相关，氮还原显著降低了大白菜的硝酸盐含量，N、PGA、A5和FJY处理的硝酸盐含量为69.59 mg/kg至144.80 mg/kg。尽管与氮处理相比，施用生物制剂提高了硝酸盐水平，但硝酸盐水平仍显著低于CF处理。
根际土壤的理化性质和酶活性
生物制剂的添加导致根际土壤pH值的显著变化，PGA处理提高了根际土壤的pH值，而活性细菌处理降低了根际土壤的pH值。TN、TP、AN和AP含量的变化显示出与pH值相似的趋势（表2）。具体而言，与N处理相比，PGA处理显著提高了AP含量50.03%，FJY处理显著降低了TN和AN含量，提高了AP含量。与CF相比，N处理显著降低了SOM含量10.05%，AP含量提高了46.47%。
UE可以将土壤中的尿素水解为氨，从而反映土壤的氮状态。如图1所示，无施肥处理（CK）下UE活性最低，施肥显著提高了UE活性。与N处理相比，A5和FJY处理的UE活性分别提高了26.65%和41.93%，SC是评价土壤肥力的重要指标，与土壤的SOM、N、P含量、微生物数量和呼吸强度有关。同样，与CK相比，施肥剂量增加了SC活性;与N处理相比，FJY处理的SC活性显著提高了45.22%（图1）。
根际土壤细菌群落的α多样性分析
经过质量过滤后，18个根际土壤样品共获得484,176,900 bp的高质量序列。稀疏后，每个样品包含28,839个序列。所有样本的高质量序列平均有 5834 个 ASV。对处理间根际土壤细菌群落的α多样性值进行了统计分析，详见图2。Shannon和Simpson指数可以反映微生物群落的多样性,与N处理相比，PGA处理对根际细菌多样性影响不显著，A5和FJY处理的Shannon指数降低了4.75–13.15%，Simpson指数提高了81.82–145.45%，A5处理差异明显（P < 0.05）。PGA处理显著提高了细菌群落均匀度。
根际土壤细菌群落结构分析
如图 3 所示，使用 Bray-Curtis 算法的 PCoA 表明，除了 CF 和 N 处理下的细菌群落外，来自不同处理的细菌群落是明显分离的。前两个轴，PC1和PC2，分别解释了细菌群落结构总变异的24.67%和12.90%。PC1将微生物制剂处理（A5和FJY）与其他4种处理（CK、CF、N和PGA）区分开来，表明外源功能细菌重塑了根际土壤中原有的本土微生物组。PC2 将 A5 和 PGA 处理与 FJY 和 CK 处理区分开来。CF和N处理细菌群落结构的相似趋势表明，本研究的甘蓝根际微生物可能对施氮量不敏感，根际细菌群落生态稳定。PERMANOVA再次证明了不同处理之间细菌群落结构的显著差异（P=0.001，R=0.678 ）。
根际土壤细菌群落组成的分析
分析了细菌群落组成在门水平上的相对丰度，如图4A所示;丰度为<1%的分类群合并为“其他”。将所有根际土壤的细菌序列分为32个门，其中最主要的放线菌门和变形菌门分别占34.55-40.90%和20.55-27.03%。前10个门类群的单因素方差分析结果显示，绿藻门、粘球菌门、蓝藻门、甲基门门和金针门的相对丰度受施肥方式特别是微生物剂施用的显著影响（P < 0.05）（附表1）。氮还原对根际细菌分类群没有明显影响，如氮和CF处理的比较所示。与N处理相比，A5处理使厚壁菌门和金玺门的相对丰度分别增加和降低至12.81%和0.94%。微生物制剂处理的差异表明，PGA处理的氯灵活含量高于A5和FJY处理（P < 0.05）。
在属水平上，虽然不同类群的细菌群落组成相似，但各属的分布因土壤样品而异。相对丰度>2%）的属为unclassified_f_Micrococcaceae属（14.47%）、芽孢杆菌属（5.73%）、norank_f_norank_o_Vicinamibaceales属（3.90%）、无秩f_Vicinamibaceae属（3.53%）、鞘氨醇属（3.53%）、诺心菌属（2.73%）和溶杆菌属（2.08%）。统计分析显示，6种处理中unclassified_f_Micrococcaceae、芽孢杆菌、诺心菌、盖耶拉和unclassified_f__Nocardioidaceae的相对丰度差异显著（补充表2）。与N处理相比，PGA和FJY处理有一定影响，但影响不显著，A5处理显著提高了芽孢杆菌含量，降低了Nocardioides和Gaiella的相对丰度（P < 0.05）。
环境因子与根际土壤群落结构的相关性分析
研究了不同施肥处理下环境因子对根际土壤细菌群落结构的影响，并采用VIF分析，剔除具有较强共线关系的因子。图5A显示了ASV水平上环境因子与根际土壤微生物之间关系的RDA结果。RDA1和RDA2分别解释了细菌群落结构变异的52.64%和11.70%，累积解释率为64.34%。菌株 A-5 添加处理（A5 和 FJY）通过 RDA1 与其他处理分离，表明细菌群落结构存在明显差异。此外，pH、SOM、TN、TP、AN、AP、UE和SC等环境因素对细菌群落结构和物种分布的影响最大，其中UE和pH的影响最大。根际土壤性质与RDA2呈负相关，其中有效养分与RDA2负相关。pH、TP、TN、AN与RDA1呈正相关，而UE、SC、SOM、AP呈负相关。
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PGA、A5（-30%氮肥+枯草芽孢杆菌）和FJY处理（-30%氮肥+PGA）均显著促进作物生长，FJY处理促进生长效果最好，提高氮肥表观利用率11.38%；PGA处理土壤速效P显著提高50.03%。
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FJY处理显著提高了大白菜土壤肥力，提高了土壤酶活性，提高了大白菜的品质参数。
与N处理相比，A5处理显著降低了根际细菌群落的丰富度和多样性;PGA处理增加了细菌的均匀性；FJY对细菌群落α多样性没有显著影响。
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PCoA表明，添加B.枯草A-5（A5和FJY处理）显著影响群落结构。在门水平上，放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和绿松门的丰度是优势类群；
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微生物因素改变了unclassified_f_Micrococcaceae、诺心菌、芽孢杆菌、盖耶拉和unclassified_f__Nocardioidaceae的相对丰度，从而重塑和平衡了根际土壤微生物，影响了养分转化和循环。
总之，含有γ-PGA和活性功能菌的γ-PGA发酵液，无需纯化操作，是未来使用的潜在候 选绿色肥料。
Bai Naling , Zhang Hanlin , He Yu , Zhang Juanqin , Zheng Xianqing , Zhang Haiyun , Zhang Yue , Lv Weiguang , Li Shuangxi TITLE=Effects of Bacillus subtilis A-5 and its fermented γ-polyglutamic acid on the rhizosphere bacterial community of Chinese cabbage JOURNAL=Frontiers in Microbiology VOLUME=13 YEAR=2022
