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Long-term nutrient inputs shift soil microbial functional profiles of phosphorus cycling in diverse agroecosystems.
The ISME Journal ( IF 11.0 ) Pub Date : 2019-12-11 , DOI: 10.1038/s41396-019-0567-9
Zhongmin Dai 1, 2, 3 , Guofei Liu 1, 2 , Huaihai Chen 4 , Chengrong Chen 5 , Jingkuan Wang 6 , Shaoying Ai 7 , Dan Wei 8 , Daming Li 9 , Bin Ma 1, 2 , Caixian Tang 10 , Philip C Brookes 1, 2 , Jianming Xu 1, 2, 3
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Microorganisms play an important role in soil phosphorus (P) cycling and regulation of P availability in agroecosystems. However, the responses of the functional and ecological traits of P-transformation microorganisms to long-term nutrient inputs are largely unknown. This study used metagenomics to investigate changes in the relative abundance of microbial P-transformation genes at four long-term experimental sites that received various inputs of N and P nutrients (up to 39 years). Long-term P input increased microbial P immobilization by decreasing the relative abundance of the P-starvation response gene (phoR) and increasing that of the low-affinity inorganic phosphate transporter gene (pit). This contrasts with previous findings that low-P conditions facilitate P immobilization in culturable microorganisms in short-term studies. In comparison, long-term nitrogen (N) input significantly decreased soil pH, and consequently decreased the relative abundances of total microbial P-solubilizing genes and the abundances of Actinobacteria, Gammaproteobacteria, and Alphaproteobacteria containing genes coding for alkaline phosphatase, and weakened the connection of relevant key genes. This challenges the concept that microbial P-solubilization capacity is mainly regulated by N:P stoichiometry. It is concluded that long-term N inputs decreased microbial P-solubilizing and mineralizing capacity while P inputs favored microbial immobilization via altering the microbial functional profiles, providing a novel insight into the regulation of P cycling in sustainable agroecosystems from a microbial perspective.

中文翻译:

长期养分输入改变了不同农业生态系统中磷循环的土壤微生物功能特征。

微生物在土壤磷(P)循环和农业生态系统中磷有效性的调节中发挥着重要作用。然而,磷转化微生物的功能和生态特性对长期养分输入的反应在很大程度上是未知的。本研究使用宏基因组学研究了四个长期实验地点的微生物 P 转化基因相对丰度的变化,这些实验地点接受了各种 N 和 P 营养素的输入(长达 39 年)。长期磷输入通过降低磷饥饿反应基因 (phoR) 的相对丰度和增加低亲和力无机磷酸盐转运蛋白基因 (pit) 的相对丰度来增加微生物磷的固定。这与之前的研究结果形成鲜明对比,即在短期研究中,低磷条件有助于磷在可培养微生物中的固定化。相比下,长期的氮(N)输入显着降低了土壤pH值,从而降低了微生物总溶磷基因的相对丰度以及含有碱性磷酸酶编码基因的放线菌、γ变形菌和α变形菌的丰度,并削弱了相关关键基因的联系。基因。这挑战了微生物 P 溶解能力主要受 N:P 化学计量调节的概念。得出的结论是,长期的 N 投入降低了微生物的 P 溶解和矿化能力,而 P 投入通过改变微生物功能特征有利于微生物的固定化,从微生物的角度为可持续农业生态系统中 P 循环的调节提供了新的见解。从而降低了微生物总溶磷基因的相对丰度和含有碱性磷酸酶编码基因的放线菌、γ变形菌和α变形菌的丰度,并削弱了相关关键基因的联系。这挑战了微生物 P 溶解能力主要受 N:P 化学计量调节的概念。得出的结论是,长期的 N 投入降低了微生物的 P 溶解和矿化能力,而 P 投入通过改变微生物功能特征有利于微生物的固定化,从微生物的角度为可持续农业生态系统中 P 循环的调节提供了新的见解。从而降低了微生物总溶磷基因的相对丰度和含有碱性磷酸酶编码基因的放线菌、γ变形菌和α变形菌的丰度,并削弱了相关关键基因的联系。这挑战了微生物 P 溶解能力主要受 N:P 化学计量调节的概念。得出的结论是,长期的 N 投入降低了微生物的 P 溶解和矿化能力,而 P 投入通过改变微生物功能特征有利于微生物的固定化,从微生物的角度为可持续农业生态系统中 P 循环的调节提供了新的见解。和 Alphaproteobacteria 含有编码碱性磷酸酶的基因,并削弱了相关关键基因的连接。这挑战了微生物 P 溶解能力主要受 N:P 化学计量调节的概念。得出的结论是,长期的 N 投入降低了微生物的 P 溶解和矿化能力,而 P 投入通过改变微生物功能特征有利于微生物的固定化,从微生物的角度为可持续农业生态系统中 P 循环的调节提供了新的见解。和 Alphaproteobacteria 含有编码碱性磷酸酶的基因,并削弱了相关关键基因的连接。这挑战了微生物 P 溶解能力主要受 N:P 化学计量调节的概念。得出的结论是,长期的 N 投入降低了微生物的 P 溶解和矿化能力,而 P 投入通过改变微生物功能特征有利于微生物的固定化,从微生物的角度为可持续农业生态系统中 P 循环的调节提供了新的见解。
更新日期:2020-01-17
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