聚γ-谷氨酸（γ-PGA）是一种肥料增效剂，通过调节土壤中的氮转化，对氮肥效率和作物产量具有显著的促进作用。张磊等通过γ-PGA对尿素水解参与的N功能基因土壤性质、胞外酶活性、丰度和群落结构的影响、硝化作用、反硝化和异化氮还原进行研究，以揭示γ-PGA对土壤氮转化的微生物机制。
土壤pH值、EC、速效氮和微生物生物量
γ-PGA从第1天到第7天显著降低了尿素（UF)施肥的土壤pH值，随后从第25天到第45天显著改善了土壤pH值，但在第55天不显著，导致PU土壤的pH动态相对稳定。此外，在整个期间，γ-PGA通过ASF施肥改善了土壤pH值，γ-PGA显著降低了UF施肥土壤中的电导率（EC），γ-PGA降低了磺酸铵（ASF）施肥土壤中的EC（图1b）。
图 1.pH值（a）、电子电导率、铵态氮含量，硝酸盐、土壤中溶解有机碳、总溶解有机氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮
土壤NH4+PU中N含量较低N处理比在UN从第 1 天到第 7 天的处理，从第 3 天到第 7 天的处理显著增加，随后在第15天显著升高，最终在PU中达到相似的水平N处理和UN处理。γ-PGA显著降低了土壤NH4+在整个期间施用非洲猪瘟的氮含量。此外，土壤NH4+无论是否施用γ-PGA，UF施肥的N含量在整个期间均显著低于ASF施肥（图1c），γ-PGA显著增加了土壤NO3−含量，土壤 NO3−从第3天到第25天，无论是否施用γ-PGA，UF施肥的-N含量均显著高于ASF施肥（图1d）。
所有处理中的土壤DOC含量在第40天达到峰值（图1e）。PU土壤DOC含量较高，PU中的土壤TDN含量N相对于U的待遇N从第1天到第25天，处理显著降低，在第45天和第55天达到相似水平，土壤TDN含量在PAS中N与AS中的处理相比N在整个观察期间，处理显著减少（图1f）。
聚氨酯土壤中的土壤MBC含量N相对于U的处理，N处理在第3天、第15天和第55天显著增加，（图1g）。PAS土壤中的土壤MBC含量N与AS相关的处理在第1天、第3天和第25天、第40天显著减少，而在第7天、第15天改善，在第55天显著改善（图 1g）。PU土壤MBN含量显著降低N处理土壤比在UN第1天处理土壤，第3天至第55天处理土壤显著升高，而PAS土壤处理显著降低N处理土壤比在AS中N在第1天和第3天处理土壤，从第7天到第55天明显更高（图1小时）。
图 2.土壤中的ureC（a）、古菌amoA、细菌amoA、narG（d）、nirK（e）、qnorB（f）、nosZ（g）和nrfA（h）功能基因拷贝
土壤酶活性
PU中的土壤脲酶活性N处理与U组相比显著降低了13.00%-16.39%N在第45天之前进行处理，并在第55天显著减少34.04%（图S3a）。土壤NAG在PU中的活性N处理组比U组高3.94%-18.57%N处理，而那些在 PAS 中的人N处理组比AS组高7.89%-17.14%N整个期间的处理（图S3b）。PU中的土壤BG活性N与U组相比，处理减少了2.28%-13.05%N处理并在第7天后显著减少，而PAS中的处理N与AS相比，处理显著增加4.72%-15.62%N在第45天之前进行处理（图 S3c）。PU的N处理土壤DHA活性显著高于U组（5.41%-10.75%），土壤DHA活性N第 25 天前的处理和 PASN处理土壤DHA酶活性显著高于AS的土壤DHA酶活性（7.64%-15.85%）（图 S3d）。
图 3.U土壤中ureC（a）、Arch-amoA（b）、Bacterial-amoA（c）、narG（d）、nirK（e）、qnorB（f）和nosZ（g）功能基因的主坐标分析
尿素水解、硝化和反硝化功能基因的丰度和多样性
γ-PGA的添加显著降低了ureC的绝对丰度，这与脲酶活性的降低一致。与γ-PGA加UF受精相比，γ-PGA加ASF受精显著增加了Arch-amoA和Bacterial-amoA的绝对丰度。在PAS土壤中，Arch-amoA丰度和pH值均增加N与 AS 相比的处理N本研究中的处理。氨氧化古细菌有利于酸性环境和土壤 PAS 中的 pH 值N处理仍处于酸性范围（图1a），pH值的增加可能不足以降低Arch-amoA丰度，PAS土壤中Arch-amoA和Bacterial-amoA丰度的增加N添加可降解的γ-PGA可能部分有助于处理，PGA可降解为土壤微生物提供有机（谷氨酸）和无机氮营养，从而增加土壤微生物的生物量和活性。
因此，可以推断γ-PGA除了通过土壤pH值的间接影响外，很可能对Arch-amoA丰度有直接影响。当与UF或ASF一起施用时，γ-PGA通过改变土壤pH值和氮的可用性对氮硝化作用具有完全相反的作用。
图 4.对土壤中具有不同丰度的Arch-amoA（a）、细菌（b）、narG（c）、nirK（d）、qnorB（e）和nosZ（f）功能基因群落的物种（在属水平上）进行Kruskal-Wallis H检验
γ-PGA对ureC和nirK的群落多样性和丰富度影响较小，但对Arch-amoA、Bacterial-amoA、narG、qnorB和nosZ的多样性和丰富度影响较大。基于UF受精的γ-PGA添加降低了Arch-amoA、Bacterial-amoA、narG和nosZ的多样性，降低了Bacterial-amoA和nosZ的丰富度，增加了qnorB的丰富度。此外，基于ASF施肥的γ-PGA的添加显著提高了细菌-amoA、narG和nosZ的丰富度，显著降低了nosZ的多样性。γ-PGA的应用通常会改变NFGs的群落多样性，并且当应用不同的N形式时，会表现出不同的交替。
添加γ-PGA后，所有NFGs的主要细菌类别没有改变，但所有NFGS细菌群落的相对丰度发生了变化（图S4）。施用γ-PGA后，ureC群落中缓根瘤菌和红假单胞菌的相对丰度显著降低，与ureC基因丰度呈显著正相关（图5）。无论γ-PGA是与UF还是ASF一起施用，Arch-amoA群落中亚硝基螺旋体的相对丰度显著增加，细菌-amoA群落中优势亚硝基螺旋体（98%–87%）的相对丰度γ显著降低。当与UF一起施用时，γ-PGA显著降低了narG群落中优势变形菌的相对丰度，而当与ASF一起施用时，γ-PGA显著增加了narG群落中次要成分伯克霍尔德氏菌的相对丰度。nosZ和qnorB群落物种的相对丰度保持相对稳定，添加γ-PGA后，只有几种次要物种发生显著变化。
图 5.使用spearman相关热图直观地显示样品中不同物种（属水平）之间的关系以及ureC（a），Arch-amoA（b），Bacterial-amoA（c），narG（d），nirK（e），qnorB（f）和nosZ（g）功能基因的环境因素和丰度
结 论
1. γ-PGA的应用显著影响了土壤的pH值、电导率（EC）和氮素有效性，并且与不同氮肥的配合使用导致了不同的效果。例如：尿素配施γ-PGA显著降低了土壤PH值。
2. γ-PGA能够显著提高土壤微生物生物量、氮含量以及酶活性，当与尿素（UF）一起使用时，γ-PGA降低了脲酶活性和尿素循环基因的丰度，暗示其在酸性土壤中可能作为脲酶抑制剂。
3. γ-PGA的添加也改变了所有氮转化功能基因（NFGs）的细菌群落组成，尽管与UF和ASF的配合使用并没有改变其主要细菌类别。
引用
Lei Zhang, Jichao Gao, Lingli Wang, Yu Sun, Xiaoyan Dong, Jiubo Pei, Zhanbo Wei, Lili Zhang, Yuanliang Shi,Poly-γ-glutamic acid differentially alters the abundances and communities of N functional genes involved in urea hydrolysis, nitrification and denitrification when applied with different nitrogen fertilizers,Applied Soil Ecology,Volume 190,2023.
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版权说明
文案 | 来源Lei Zhang, Jichao Gao, Lingli Wang, Yu Sun, Xiaoyan Dong, Jiubo Pei, Zhanbo Wei, Lili Zhang, Yuanliang Shi,Poly-γ-glutamic acid differentially alters the abundances and communities of N functional genes involved in urea hydrolysis, nitrification and denitrification when applied with different nitrogen fertilizers,Applied Soil Ecology,Volume 190,2023.
图片 | 来源Lei Zhang, Jichao Gao, Lingli Wang, Yu Sun, Xiaoyan Dong, Jiubo Pei, Zhanbo Wei, Lili Zhang, Yuanliang Shi,Poly-γ-glutamic acid differentially alters the abundances and communities of N functional genes involved in urea hydrolysis, nitrification and denitrification when applied with different nitrogen fertilizers,Applied Soil Ecology,Volume 190,2023.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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