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02 英文题目：Maize intercropping enriches plant growth-promoting rhizobacteria and promotes both the growth and volatile oil concentration of Atractylodes lancea 中文题目：苍术/玉米间作增加了植物根际促生菌，从而促进了苍术的生长和挥发油的积累 期刊名称：Frontiers in Plant Science (2021年影响因子6.627) 发表年份：2022年 通讯作者：郭兰萍，张燕，黄璐琦 作者单位：中国中医科学院 中药资源中心  Highlights 1.苍术/玉米间作能够促进苍术的生长和挥发油的积累; 2.玉米的地上效应促进了苍术酮和苍术素在挥发油中的积累，但抑制了茅苍术醇和β-桉叶醇的积累; 3.与玉米间作后导致苍术根际土壤酸化，改变了根际土壤理化性质，增加了根际酸性微生物门水平上的丰度； 4.间作提高了根际促生菌 (PGPR)丰度，包括链霉菌、缓生根瘤菌、念珠菌、宝石菌属和假瘤菌属等，并且PGPR对苍术生物量有显著影响。
研究背景 苍术(Atractylodes Lancea (Thunb.) DC.)是一种传统中药，近年来因其具有较高的药用价值和经济价值而受到重视，其根茎用于治疗风湿病、消化问题、夜盲症和流感。苍术是一种多年生植物，通常为长期连续单作。但这种做法容易使植物遭受土传病害和连作障碍，对苍术的产量和质量产生负面影响。单一栽培问题已成为阻碍中草药可持续生产的主要挑战之一。 间作能够增加植物多样性，是恢复土壤微生态平衡和实现农业可持续发展的重要措施。前人研究表明，不同的间作模式可以改善土壤微生态环境，提高植物生产力。并且，根系相互作用对植物生产力的贡献大于地上部相互作用，这种植物互作既涉及微生物群落，也涉及土壤的理化性质。 大量研究表明，玉米可以作为许多药用植物和作物的合适间作伙伴，通过增加土壤有益微生物、改变微生物结构、增加微生物丰度、抑制疾病的发生和促进氮的吸收，从而提高间作植物的生产力。此前研究发现与玉米间作提高了苍术的产量和质量，但其中的机理尚未阐明。 本研究通过对苍术-玉米根系分别采用无分隔、塑料和尼龙分隔3种方式，从土壤根际微生物组和土壤理化性质的角度阐明玉米对苍术产量和品质的影响机制。本文旨在研究: (1)玉米/苍术间作对苍术土壤根际微生物群落结构和丰度的影响; (2)玉米/苍术间作对苍术土壤理化性质的影响; (3)苍术生长发育、挥发油含量、土壤根际微生物群落与土壤理化性质的关系。
 研究方法 2019年11月在南京市丽水区进行了野外试验，采用随机区组试验设计。间作试验分为4个处理: (1)苍术单作 (CK); (2)玉米/苍术间作，无根系分隔 (AI); (3)玉米/苍术间作，采用尼龙网分隔 (AN);(4)玉米/苍术间作，采用塑料分隔 (AP)，每个处理设4次重复 (图1)。 图1 玉米/苍术间作中不同分隔方式
研究结果 1间作促进了苍术生物量的积累 为评价苍术/玉米间作对苍术生长发育的促进作用，本研究分析了苍术的7个农艺性状 (图2)。相比于苍术单作，无根系分隔处理苍术的鲜重和根茎重分别提高了16.5%和25.9% (图2A、B)，而分枝数减少了13.4% (图2C)。其他农艺性状在无根系分隔处理和苍术单作处理间无显著变化 (图2D-G)。这些结果表明，玉米间作促进了苍术生物量的积累。与无根系分隔处理相比，随着各自条件下根系中相互作用的减少，尼龙网分隔和塑料分隔处理的鲜重和根茎重量相应地呈现出下降的趋势。农艺性状分析结果表明，苍术/玉米的根系相互作用是发挥间作优势的一个方面，提高了鲜重和根茎重。 间作通过资源互补和生态位分化两种机制增加生态系统生产力。在本研究中，无根系分隔处理下苍术的鲜重和根茎重没有显著高于苍术单作处理，可能由于本研究施肥量充足，而间作效应很大程度上是通过缓解植物胁迫所体现的，因此在本研究中间作效应不明显。 根际相互作用强弱决定植物生长。但在本研究中，玉米的某些根际互作显然没有促进苍术的生长。这可能是因为在尼龙网分隔间作系统中，玉米占据竞争优势地位，因此能够吸收更多的土壤养分和水分，从而导致苍术根茎重量结果在本试验中不显著。
图2：间作处理下不同根系分隔方式对苍术生长发育的影响。(A)鲜重，(B)根茎重，(C)分枝数，(D)茎粗，(E)株高，(F)芽数，(G)须根。 2间作影响了苍术根茎中4种挥发油的比例关系 植物中有效成分的含量是评价中药材质量的重要指标，将合适的作物进行间作可以提高其有效成分含量。如图3A、B所示，无根系分隔处理的苍术酮和苍术素在挥发油浓度中所占的比例高于苍术单作处理 (图3A)。然而是否存在根系相互作用并没有影响挥发油的总量 (图3B)，尽管无根系分隔处理中的苍术素浓度显著高于苍术单作处理 (图3C)。与苍术单作处理相比，无根系分隔处理的苍术酮浓度略高 (图3D)。无根系分隔和苍术单作处理之间的苍术醇和β-桉叶醇浓度没有差异 (图3E，F)。这些结果表明，与苍术单作处理相比，苍术与玉米间作提高了苍术的品质。
图3 间作处理下不同根系分隔方式对苍术根茎中4种挥发油含量的影响及比例关系。(A)4种挥发油中各组分的比例，(B)单个挥发油组分浓度，(C)苍术素，(D)苍术酮，(E)苍术醇，(F) β-桉叶醇。 3间作对苍术土壤理化性质的影响 随着苍术/玉米根系相互作用的增强，TOC、TP和Av.K含量均表现为塑料分隔 < 尼龙网分隔< 无根系分隔的趋势 (图4A、E),各处理之间的TN和NH4+-N含量无显著差异。
图4 不同根系间作处理对苍术-玉米间作土壤理化性质的影响。(A) 全氮 (TN)，(B)全磷(TP)，(C)全钾(TK)，(D)总有机碳(TOC)，(E)铵态氮(NH4+-N)，(F)有效磷(Av.P)，(G)有效钾(Av.K)，(H) pH，(I) C/N。 4间作对苍术根际微生物群落结构和丰度的影响 为进一步了解玉米/苍术间作对苍术根际微生物群落的影响，本研究对苍术根际微生物群落进行了宏基因组学分析。对不同处理组获得的根际微生物群落进行PCA分析发现，由于不同间作处理下根际微生物群落存在差异 (图5A)。 在属水平上，对照处理与其他间作处理间苍术根际微生物群落相对丰度差异显著 (图6)。无根系分隔处理显著促进了链霉菌、未分类的酸杆菌科、候选菌科细菌的丰度，同时显著抑制了缓生根瘤菌和诺卡氏菌 (图6A)。
图5 微生物群落结构的PCA分析。(A) 微生物群落组成，(B) 门水平
结论
本研究分析了苍术单作和不同根系分隔条件下与玉米间作的生物量、挥发油浓度、土壤理化性质以及根际土壤微生物群落。结果表明，与玉米间作可显著改善苍术土壤理化性质，进而影响苍术根际微生物群落组成和结构，有利于根际促生菌的富集，从而促进了苍术的生长和挥发油的积累。 文章链接 原文链接：https://www.ncbi.nlm./pmc/articles/PMC9638049/ |
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