2024年2月23日，国际知名学术期刊Nature Communications在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组与中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风院士团队合作的题为“Dynamic root microbiome sustains soybean productivity under unbalanced fertilization”的研究论文。该研究首次系统描述了不同养分条件下大豆全生命周期的定量微生物组特征，发现在东北黑土中连续41年不施氮肥不影响大豆产量，并揭示了微生物群落如何支撑大豆“增产增效”的机制，为大豆“减肥增效”提供了坚实的理论基础和技术方案。

根际微生物组被称为植物的“第二基因组”，在植物生长、发育和健康等方面发挥了重要的作用。植物与其根际微生物之间的相互作用是非常复杂和动态的，受到植物发育和土壤环境的强烈影响。然而，传统的相对定量分析方法阻碍了人们对根际定量微生物组如何动态响应不同土壤条件的理解。因此，王二涛研究组进一步完善了他们此前开发的定量微生物组分析（quantitative microbiome profiling, QMP）方法（Wang, et al., 2020; Wang, et al., 2021），并使用该方法详细描述了大豆根际微生物组对不同施肥处理的动态响应特征。

该研究通过持续40多年不施氮肥、磷肥或钾肥的黑土试验地发现，长期不施氮肥并不影响大豆的产量，甚至还有平均9%左右的增产。定量微生物组分析结果表明，长期不施氮肥塑造了独特的根际微生物群落演替模式，而长期不施磷肥则阻碍了根际微生物群落的发育，并普遍降低了根际微生物的丰度。重要的是，该研究还发现低氮条件增强了大豆与根瘤菌间的共生关系，且低氮富集（low-nitrogen-enriched, LNE）的根际微生物合成群落能够通过产IAA、ACC脱氨酶以及溶解无机磷等多种有益功能促进大豆生长。这项基于定量微生物组的研究为根际微生物群落的动态组装提供了新的见解，凸显了根际微生物群落在替代氮肥以保障大豆产量方面的潜能。这些发现加深了我们对于如何整合共生根瘤菌和有益的根际微生物群落以制备作物接种剂的理解，同时也为如何优化大豆的种植方式和减少氮肥的使用提供了重要的参考。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后王明星、葛安辉和黑龙江省黑土保护利用研究院研究员马星竹为该论文的共同第一作者，王二涛研究员和曹晓风院士为该论文的共同通讯作者，深圳华大生命科学研究院刘欢研究员和王亚玉博士等也参与了本项研究。该研究得到了中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导项目和新基石科学基金会的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45925-5

长期不施氮肥条件下根际微生物维持大豆产量