根際是是植物養(yǎng)分獲取的關鍵區(qū)域，也是土壤中最重要的微生物熱區(qū)之一。由于土壤顆粒對磷素的強烈固定作用，農(nóng)田土壤中存在著普遍的磷限制 ，成為植物生長和作物生產(chǎn)力的關鍵限制因子之一。有機磷占土壤磷素總量的30-80%的磷素，但不能直接被植物利用，需先在磷酸酶的作用下轉化與無機磷，方可用于生長代謝。微生物是土壤磷周轉的動力，研究微生物在根際有機磷礦化中的作用有助于深入理解根際磷活化機制，提高植物磷利用效率。
為此，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究人員以缺磷水稻土（Olsen P < 5 mg kg-1）和亞洲栽培稻（Oryza Sativa L.）為材料，采用基于生物有效性的磷素分級方法（Biologically based P，BBP法）結合土壤微生物分子學技術，研究了施磷和水分管理對水稻根際、非根際土壤磷形態(tài)、堿性磷酸酶編碼基因（phoD）豐度與多樣性的影響。結果表明，缺磷顯著提高了水稻根際phoD的豐度，且改變了phoD編碼微生物的群落組成。速效磷含量與堿性磷酸酶（ALP）活性顯著正相關，表明有機磷礦化有利于緩解土壤缺磷狀況。另外，研究發(fā)現(xiàn)，除了旱地常見的優(yōu)勢物種Bradyrhizobium和Methylobacterium外，水稻土中甲烷氧化菌Methylomonas在phoD編碼微生物中相對豐度也較高。缺磷處理中，phoD編碼微生物生態(tài)網(wǎng)絡邊的數(shù)量比施磷土壤多，其中負相關關系增加了3.5倍（圖1,2），說明缺磷脅迫下水稻根際phoD編碼微生物網(wǎng)絡關系更復雜，種間競爭激烈因此，phoD編碼微生物中，稀有物種可能是礦化有機磷、緩解缺磷脅迫的關鍵微生物。在未來微生物促磷技 術的研發(fā)中，需同時考慮有機磷的礦化和無機磷的活化，以實現(xiàn)最佳“促磷增磷”效果。該研究為通過微生物手段緩解土壤缺磷脅迫提供了理論依據(jù)。
該項研究近期以題為Rare taxa of alkaline phosphomonoesterase-harboring microorganisms mediate soil phosphorus mineralization發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家重點研發(fā)項目、國家自然科學基金、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團隊項目的資助。
圖 1 微生物稀有物種對土壤磷有效性的調控機制圖
圖2缺磷（P0）和施磷（P80）處理中，堿性磷酸酶編碼基因（phoD）編碼微生物的生態(tài)網(wǎng)絡圖