放大植物-土壤反馈的时间维度：植物敏感性和微生物动态

IF 5.3 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Journal of Ecology Pub Date : 2024-10-24 DOI:10.1111/1365-2745.14435

Xiangyu Liu, Katja Steinauer, Karin van der Veen-van Wijk, Thiemo Martijn Bezemer

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摘要

为简化起见，我们的概念模型不包括 PSF 在反馈阶段改变方向的情况）。在(b)中，响应植物对土壤调节效应的敏感性可能相对恒定（I），也可能随着时间的推移而下降（II）。在(c)中，随着时间的推移，与响应植物（当前植物）相关的土壤微生物群预计会增加，而属于调节植物（先前植物）的土壤微生物群预计会减少。在(d)中，由于生长初期的负反馈作用，"家乡 "土壤中植物的相对大小为 1 倍，而 "外地 "土壤中植物的相对大小为 2 倍。经过一段时间的生长后，"家乡 "土壤中的植株大小为 2 倍，"远方 "土壤中的植株大小为 3 倍，因此 "家乡 "土壤中的相对生长量为 100%，"远方 "土壤中的相对生长量为 50%。因此，"家乡 "土壤中的植物相对生长量更高，但由此产生的 PSF 在这两个阶段都是负值。在（e）中，与植物生长呈正相关的微生物在 "远方 "土壤（I）中减少和/或在 "家乡 "土壤（II）中增加，而与植物生长呈负相关的微生物在 "远方 "土壤（III）中增加和/或在 "家乡 "土壤（IV）中减少，这就解释了随着时间的推移，负的 PSF 变得越来越小。图由 BioRender 制作（https://biorender.com/）。土壤微生物群落的更替时间尺度为：细菌几小时到几天，真菌几个月到几年（Hannula 等人，2021 年；Rousk & Bååth，2011 年）。在反馈阶段，植物会重新调节它们所接触到的异质性土壤微生物群落，并将其引向它们的 "家 "土壤微生物群落。例如，在一项长期的植物-土壤反馈研究中，后继植物对细菌和真菌群落的解释变异都会随着时间的推移而增加（Hannula 等人，2021 年）。土壤微生物对植物的表现和健康至关重要，有些微生物群甚至会被寄主植物主动招募（Berendsen 等人，2012 年；Stopnisek & Shade，2021 年）。因此，反馈阶段潜在的重要细菌和真菌类群相对丰度的变化可以解释观察到的 PSF 结果。具体来说，如果与植物生长正相关的微生物的相对丰度降低和/或与植物生长负相关的微生物的相对丰度在 "远离 "土壤中逐渐积累（图 1e，情况 I 和 II），我们预计负 PSF 的幅度会随着时间的推移而变小。或者，如果 "家乡 "土壤中与植物生长负相关的微生物的相对丰度下降和/或与植物生长正相关的微生物的相对丰度上升（图 1e，情况 III 和 IV），负 PSF 的大小预计也会下降。因此，除了许多研究普遍关注植物-土壤反馈研究中微生物群落（整个）组成的变化外，在反馈阶段研究重要细菌和真菌类群的相对丰度与 PSF 影响之间的联系也很重要（图 S1）。此外，许多典型的 PSF 研究的局限性在于它们在反馈阶段使用了固定的植物生长持续时间，因此这使我们无法研究条件土壤何时以及在多长时间内影响响应植物（Bezemer 等人，2018 年；Zhang 等人，2022 年）。如果负 PSF 的幅度随着时间的推移而减小（如 Bezemer 等人，2018 年），从而使生长在 "家乡 "土壤中的植物赶上生长在 "远方 "土壤中的植物，那么只有当 "家乡 "土壤中的相对生长率在某一阶段超过 "远方 "土壤中的相对生长率时，情况才会如此（图 1d）。在本研究中，我们以多年生禁忌植物 J. vulgaris 为对象，重点研究了同种 PSF 在调节阶段和反馈阶段的时间动态。据报道，该植物物种会受到负的同种 PSF 的影响，因此它在异种土壤中比在同种调节土壤中生长得更好（Bezemer 等人，2018 年；van de Voorde 等人，2011 年）。为了考察不同年龄的植物在反馈阶段的反应，而不是像其他几项研究那样在反馈阶段的不同生长期后收获植物（但在这种情况下，我们无法将植物年龄的影响与响应植物的生长期导致的条件土壤变化区分开来），我们测量了不同大小的植物对土壤调理的反应。在第一阶段，我们以单株栽培的方式种植稷和禾本科植物来调节土壤，但我们通过在不同时间开始单株栽培来改变土壤调节的持续时间（2 周、5 周和 8 周）。与此同时，我们还在消毒土壤中单独种植了 2 周、5 周和 8 周。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

Zooming in on the temporal dimensions of plant–soil feedback: Plant sensitivity and microbial dynamics

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Journal of Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Journal of Ecology publishes original research papers on all aspects of the ecology of plants (including algae), in both aquatic and terrestrial ecosystems. We do not publish papers concerned solely with cultivated plants and agricultural ecosystems. Studies of plant communities, populations or individual species are accepted, as well as studies of the interactions between plants and animals, fungi or bacteria, providing they focus on the ecology of the plants. We aim to bring important work using any ecological approach (including molecular techniques) to a wide international audience and therefore only publish papers with strong and ecological messages that advance our understanding of ecological principles.