不同肥料调控红松根系微生物组与代谢组促进养分循环的机制研究

　　推荐：为解决红松(Pinus koraiensis)养分吸收机制不明的问题，研究人员通过多组学技术分析N/P/K及复合肥处理下根系微生物群落、基因表达及代谢物变化。发现肥料类型显著改变微生物组成，激活TCA循环(三羧酸循环)和苯丙烷类代谢途径，促进脂肪酸和氨基酸合成，为经济树种精准施肥提供理论依据。

　　

红松作为兼具优质木材和高营养果实的经济树种，其生长高度依赖根系对土壤养分的吸收效率。然而，不同养分如何通过调控根系代谢网络影响红松生长的机制尚不明确。这一科学问题的解决，对于实现红松人工林的精准施肥管理、提升松子产量品质具有重要意义。

吉林省林业科学研究院的研究团队通过多组学整合分析，首次系统揭示了氮(N)、磷(P)、钾(K)及复合肥对30年生红松根系微生物-代谢互作网络的调控规律。研究发现肥料类型通过重组微生物群落结构，激活根系能量代谢和次生代谢途径，显著提升养分循环效率。该成果发表于农林科学领域权威期刊《Industrial Crops and Products》。

研究采用田间试验设计，在吉林省红石林业局国家林木良种基地建立5种处理(对照、N、P、K、复合肥)试验林。通过Illumina PE300平台进行16S rRNA和ITS测序分析微生物群落，NovaSeq 6000开展转录组测序，LC-MS/MS进行非靶向代谢组检测，结合土壤养分含量测定，构建了微生物-基因-代谢物关联网络。

3.1 肥料改变红松根系菌群结构
PCoA(主坐标分析)显示N和复合肥处理对细菌群落影响最显著(解释21%变异)，Proteobacteria和Actinobacteriota为优势菌门。LEfSe分析发现N处理富集Pseudomonas(假单胞菌)，P处理特异性招募Actinospica等溶磷菌，K处理则增加Rhodanobacteraceae科未分类菌株。

3.2 真菌群落响应差异显著
PERMANOVA表明肥料类型解释73%真菌群落变异(p=0.001)。N处理使Ascomycota(子囊菌门)占比升至88.29%，并富集植物促生菌Cladosporium(枝孢霉)，而对照组以Russula(红菇属)等外生菌根真菌为主。

3.3 转录组揭示代谢重编程
N处理诱导23,976个差异基因(DEGs)，显著上调TCA循环和核糖体通路基因。K处理特异性激活氮代谢相关基因，P处理则促进二萜类合成。所有处理均抑制植物激素信号转导和MAPK通路，显示养分输入可能通过减弱胁迫响应来优化生长。

3.4 代谢组验证功能变化
检测到900余种差异代谢物，脂质分子变化最显著。N处理使苯丙烷类代谢物增加56种，包括阿魏酸等酚酸衍生物。α-亚麻酸代谢在P/K处理中均被激活，与转录组中脂代谢通路上调结果一致。

3.5 微生物-代谢互作网络
Spearman分析揭示Actinospica与TCA循环基因呈正相关(r>0.6,p<0.01)，Russula则与苯丙烷合成负相关。溶磷菌Dokdonella与脂质积累显著关联，证实微生物通过调控宿主代谢促进养分吸收。

3.8 养分循环效率提升
土壤NO₃
^-
和NH₄
⁺
含量下降30-50%，而根系全氮增加15-20%，表明微生物介导的氮转化效率提高。磷在芽中积累量较根高40%，显示活化磷向生殖器官的优先分配。

这项研究首次阐明肥料-微生物-代谢物的级联调控机制：养分输入重塑根系微生物组，激活TCA循环提供能量，进而通过苯丙烷-类黄酮途径增强铁等微量元素螯合能力。该发现为经济林"微生物-代谢"协同施肥策略提供了理论框架，未来可针对松子品质形成开展代谢工程研究。