近期，郭振、王健、陈天青、张海鸥、侯宪东及李娟等学者通过添加γ-聚谷氨酸对沙漠紫花苜蓿生长特性、根际土壤养分含量和细菌群落组成的影响做了相应研究，探究了不同浓度γ-聚谷氨酸对沙质土壤的影响。结合此次研究结果表明，以4%的比例施用γ-聚谷氨酸具有改善沙质土壤质量、促进植物生长和调控根际微生物群落。
γ-聚谷氨酸是什么？
γ-聚谷氨酸是一种由氨基酸谷氨酸组成的聚合物，由于其出色的保水性和保湿性以及增强有机质的能力，可以使土壤有机质含量增加，土壤结构增强，并促进土壤中的微生物活性。
相关研究表明，使用γ-聚谷氨酸应用于油菜、苜蓿、卷心菜、番茄、玉米和小麦等作物，可提高产量并减少化肥使用，使用γ-聚谷氨酸可以增强土壤保水能力，特别有利于苜蓿等植物在沙质土壤中的生长。
试验是如何设计的？
研究通过盆栽实验研究了γ-聚谷氨酸对植物生长的影响。选择直径20厘米，高度30厘米的大盆。在用土壤填充盆之前，将γ-聚谷氨酸以 0% 、2% 、4% 和 6%的浓度比混合到风积沙土中。将γ-聚谷氨酸与土壤充分混合，以匹配田间土壤的容重。将土壤以相同的体积密度装入盆中，并在盆托中注满水，确保表土在盆中均匀浸泡。随后，将十颗发芽的紫花苜蓿种子小心地放置在每个花盆的表土层中，并覆盖5毫米的土壤层，以确保足够的水分保持。该实验对每个处理进行三次重复，总共产生十二株植物。在紫花苜蓿的生长阶段，始终如一地施用N-P-K = 15-15-15的三元复合肥。每 10 天浇水一次，每次灌溉 1 克肥料溶解在 200 毫升水中，这种施肥和灌溉过程重复了五次。
添加γ-聚谷氨酸带来了哪些改变？
1、 作物根际土壤养分含量提高了14.81–186.67%
如图1所示，与0%浓度处理相比，4%和6%浓度处理的土壤有机质含量分别显著提高了86.42%和62.91%（P < 0.05）。此外，4%和6%浓度处理中，土壤全N含量分别显著增加40.59%和28.71%，而土壤全K含量显著增加14.81%和13.39%。与仅4%浓度处理的0%浓度处理相比，土壤全N含量和土壤有效P含量显著增加，分别增加186.67%和35.38%。土壤速效K含量在各处理间表现出显著的梯度差异，4%>6%>2%>0%浓度处理，4%处理的增幅最大。0%、2% 和 6%浓度 处理之间的 pH 值保持相似，但在4%浓度处理中观察到显著降低 9.71%。土壤含水量变化也显著，与0%浓度处理相比，2%、4%和6%的浓度下分别增加了41.93%、77.02%和54.66%。
2、作物株高、地上地下生物量和叶绿素含量提高了54.91%-154.84%
苜蓿株高、地上生物量、地下生物量和叶片叶绿素含量等生长发育参数均受到γ-谷氨酸补充的显著影响。这些参数的变化与γ-谷氨酸浓度的升高一致（表2）。随着γ-谷氨酸浓度的增加，苜蓿株高幼苗呈先增大后减小的趋势。2%和 4%的浓度处理可促进紫花苜蓿的生长，而 6%浓度处理可阻碍其生长。地上和地下生物量和叶绿素含量与施用γ-谷氨酸的含量呈一致规律。与0%浓度处理相比，4%处理的苜蓿株高、叶绿素、地上地下生物量水平分别显著提高了154.08%、54.91%、141.84%和154.84%。
3、添加γ-聚谷氨酸增加了土壤中菌群种类和覆盖率
添加γ-聚谷氨酸可以增加沙质土壤中细菌种类的数量。与没有添加γ-聚谷氨酸的处理组相比，2%、4%和6%浓度组的操作分类单元数量分别增加了14.54%、8.27%和6.84%，随着测序数据接近饱和，物种稀释曲线趋于平稳，有效捕获了紫花苜蓿根际土壤微生物群落中较高比例的物种，覆盖率达到97.72%。该数据被认为相对可靠（图1图2）
4、γ-聚谷氨酸改变了根际土壤细菌群落组成与其多样性
γ-聚谷氨酸的应用改变了细菌群落的组成和结构，放线菌门、变形菌门、绿柔谱门、酸杆菌门和金玺子菌占细菌群落总数的84.14-87.89%。与0%浓度处理相比，2%和4%浓度处理放线菌丰度分别增加12.07%和24.74%，4%浓度处理减少0.16%，与0%浓度处理无差异。变形菌的丰度随γ-聚谷氨酸添加量的增加而增加，与0%浓度处理相比增加14.35%至22.75%，6%浓度处理增量最大。添加γ-聚谷氨酸后，氯弹性丰度降低，2%、4%和6%浓度处理分别下降32.28%、21.61%和40.17%。2%和0%浓度处理组酸杆菌体的丰度无显著差异。与0%相比，4%处理的丰度增加了49.16%，而6%处理的丰度与0%相比降低了27.02%。此外，2%和6%处理下金玺葵的丰度略有下降，但这种差异没有统计学意义。与0%浓度处理相比，2%、4%和6%处理下厚壁菌门非显性菌丰度分别下降了46.06%、70.30%和61.41%，其中4%浓度处理下降幅度最大。
5、土壤特性和细菌群落的冗余分析（RDA）
冗余分析表明，有机质、全氮、全钾、含水率和pH值是影响细菌门结构的主要因素。在门水平上，含水量成为对细菌群落影响最大的因素。值得注意的是，含水量与酸杆菌呈较强的正相关，而酸杆菌又与紫花苜蓿生长指标呈正相关。
6、细菌群落与土壤指标与作物生长的关系
门水平分析显示，土壤全K与放线菌门呈显著正相关。此外，土壤含水率与Acidobacteriota、unclassified_k__norank_d__Bacteria和 Methylomirabilota 之间存在显著的正相关。此外，紫花苜蓿中酸杆菌的丰度与生长指标株高、叶绿素、地上地下部含水量呈显著正相关。酸杆菌丰度的增加促进了紫花苜蓿的生长（图1、图9a）。
结论
1. 显著增强了风积沙土的理化性质，提高了土壤有机质、氮、磷、钾等养分的含量。
2. 导致土壤的保水能力提高。
3. 显著影响了紫花苜蓿的生长，4%浓度处理显著提高了紫花苜蓿的株高、叶绿素水平、地上和地下生物量，产生了更好的结果。
4. 对土壤细菌群落有显著影响，导致同水平相对丰度发生变化，特别是放线菌门的增加。4%浓度处理增强了细菌的多样性和均匀性。
引用
Guo, Z., Wang, J., Chen, T. et al. Effects of γ-polyglutamic acid supplementation on alfalfa growth and rhizosphere soil microorganisms in sandy soil. Sci Rep 14, 6440 (2024).
文案 | 数据来源Guo, Z., Wang, J., Chen, T. et al. Effects of γ-polyglutamic acid supplementation on alfalfa growth and rhizosphere soil microorganisms in sandy soil. Sci Rep 14, 6440 (2024).
图片 | 数据图表来源Guo, Z., Wang, J., Chen, T. et al. Effects of γ-polyglutamic acid supplementation on alfalfa growth and rhizosphere soil microorganisms in sandy soil. Sci Rep 14, 6440 (2024).其它产品图来源光华时代（海南）生物科技有限公司拍摄或设计（不可作其它商用）
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