磷是植物生长发育所必需的大量元素之一,同时也是农业可持续发展的制约因素。由于土壤中的有效磷含量往往不足以支持作物快速生长的需求,因此在农业生产中常通过大量施用磷肥来维持作物产量。然而,由于土壤的固定作用,导致农业中施入的磷肥当季利用效率仅有20%,不仅增加了农业的生产成本,还使得未被利用的磷肥随水土流失造成环境污染。因此提高作物对磷肥的利用效率,对实现农业可持续发展十分重要。研究表明植物和土壤微生物群落之间存在紧密联系,植物可以通过根系分泌物影响根际微生物群落的组成和功能,从而改善根际微环境,促进作物生长。水稻紫色酸性磷酸酶10c(OsPAP10c)是水稻根系分泌的最主要的酸性磷酸酶,过表达OsPAP10c能够提高水稻根部有机磷的利用性,从而促进水稻生长和单株产量。但是目前关于根系分泌酸性磷酸酶的研究主要是用的水培体系,对根际土壤理化性质和细菌群落的生态影响尚不清楚。因此,本研Cytoskeletal Signaling抑制剂究在前期研究基础上,利用天然水稻土开展盆栽实验,分析了野生型、OsPAP10c突变体(pap10c)和超表达材料(OE-PAP10c)在不同磷肥施用条件下根际土壤理化性质的变化和细菌群KD025采购落的演替,主要研究结果如下:1.通过统计不同时期下各基因型水稻的生长表型,发现超表达OsPAP10c能够促进水稻生长,显著提高水稻株高和产量。不同基因型之间水稻植株钾养分的累积量差异不大,但是在不施磷条件下分蘖期和拔节期植株氮、磷养分的累积量受基因型影响显著,并表现在超表达材料的养分累积量高于野生型和突变体,说明OsPAP10c的表达有利于在不施磷肥Pullulan biosynthesis条件下对氮和磷的吸收。2.测定了不同施磷条件下各基因型水稻根际土壤的磷含量及相关胞外酶活性,结果显示不同基因型之间其根际土壤中的磷含量差异不显著,但是OE-PAP10c根际土壤中酸性磷酸酶(ACP)活性显著高于WT和pap10c,pap10c的ACP活性较低。磷肥的施用提高了植物生长后期根际土壤中碱性磷酸酶(ALP)的活性,而土壤中植酸酶的活性主要在拔节期和成熟期受到基因型和施磷的共同影响。3.发育时期对根际土壤细菌群落的多样性影响最大,OsPAP10c表达的改变不会显著影响细菌α多样性,但对β多样性存在显著性影响,基于土壤理化指标与细菌群落组成的db-RDA分析表明,Olsen-P水平、植酸酶和磷酸酶活性与细菌群落的组成之间存在显著的相关性。4.在门水平上比较了各基因型水稻根际土壤微生物群落的相对丰度,结果表明,不同基因型水稻根际土壤细菌群落组成差异显著。尽管在四个时期不同基因型根际土壤富集的优势细菌门是一致的,但在某些细菌门中它们的丰度存在显著差异。进一步在属水平上进行了线性判别分析效应大小(LEf Se)分析,发现不同条件下各水稻材料根际土壤中均会富集不同的菌种,并有利于根际功能的维持,且OsPAP10c的表达有助于在灌浆期不施磷条件下招募溶磷细菌(PSB)。5.Tax4Fun2预测用于评估OsPAP10c、施磷水平和发育时期如何影响细菌群落的磷循环功能。分析表明,发育时期对土壤细菌参与磷转化相关基因的相对丰度影响最大(P<0.001),不施用磷肥可以增加在生长早期调节磷饥饿反应基因的相对丰度,而植物基因型对预测的基因丰度影响不显著。但是,基因型×施磷水平×发育时期与参与磷吸收和运输系统的基因总丰度存在交互作用,说明根系分泌的酸性磷酸酶OsPAP10c会影响根际土壤细菌参与磷素循环和转化的能力。综上所述,本研究利用水稻OsPAP10c的遗传材料证明,根系分泌的酸性磷酸酶OsPAP10c可以显著影响根际微生物群落的时空变化,进而改变根际微生物对土壤磷素的溶解和矿化能力,并最终影响水稻对根际养分的利用能力和生长发育。