Introduktion:

Fosfor (P) är ett viktigt makronäringsämne för alla levande organismer och spelar en avgörande roll i olika fysiologiska och metaboliska processer. P-brist är dock en utbredd utmaning i tropiska jordar, vilket begränsar växttillväxt och jordbruksproduktivitet. För att trivas i sådana P-bristmiljöer har mikroorganismer utvecklat olika strategier för att förvärva och använda P effektivt. Denna studie syftar till att reda ut de mekanismer som används av mikrober för att klara av P-brist i tropisk jord.

Metoder:

* Jordprover:Jordprover samlades in från olika djup i en tropisk regnskog i Costa Rica, vilket representerar en gradient av P-tillgänglighet.

* Mikrobiell gemenskapsanalys:DNA extraherades från jordprover och sekvensering med hög genomströmning utfördes för att analysera den mikrobiella gemenskapssammansättningen.

* Metagenomisk analys:Hagelgevärs metagenomisk sekvensering utfördes på utvalda jordprover för att identifiera gener och vägar involverade i P-förvärv och användning.

* Biokemiska analyser:Enzymaktiviteter relaterade till P-cykling, såsom fosfatas och fytas, mättes i jordprover.

* Växthusexperiment:Ett kontrollerat växthusexperiment genomfördes för att bedöma effekten av mikrobiell inokulering på växttillväxt och P-upptag under P-bristförhållanden.

Resultat:

* Mikrobiell gemenskapsstruktur:Den mikrobiella gemenskapssammansättningen varierade över olika jorddjup, vilket återspeglar inverkan av P-tillgänglighet. Noterbart ökade det relativa överflödet av bakterier involverade i P-förvärv och solubilisering, såsom Burkholderiales, Rhizobiales och Pseudomonadales, i P-bristiga jordlager.

* Metagenomiska insikter:Funktionell genanalys avslöjade anrikningen av gener som kodar för P-transportörer, fosfataser och utsöndringsvägar av organiska syror i P-bristjord. Dessa gener är kända för att underlätta P-förvärv från organiskt material och mineralkällor.

* Enzymaktiviteter:Markenzymanalyser visade högre fosfatas- och fytasaktiviteter i jordlager med P-brist, vilket indikerar mikrobiell anpassning för att förbättra P-tillgängligheten genom enzymproduktion.

* Växttillväxt och P-upptag:Växthusexperimentet visade att inokulering med P-effektiva mikrobiella konsortier isolerade från P-bristjord avsevärt förbättrade växttillväxt och P-upptag under P-bristförhållanden.

Diskussion:

Vår studie ger en omfattande förståelse av mikrobiella strategier för att hantera P-brist i tropisk jord. Vi fann att mikrober svarar på P-begränsning genom att förändra samhällssammansättningen, uttrycka gener involverade i P-förvärv och förbättra enzymaktiviteter relaterade till P-cykling. Dessutom framhäver de fördelaktiga effekterna av P-effektiva mikrobiella konsortier på växttillväxt och P-upptag potentialen för att utnyttja mikrobiella ympmedel som ett hållbart tillvägagångssätt för att förbättra växtproduktionen i P-brist tropiska jordar.

Slutsats:

Mikrober i tropisk jord uppvisar anmärkningsvärda anpassningar för att övervinna P-brist. Insikterna från denna studie kan vägleda framtida forskning och jordbruksmetoder som syftar till att förbättra P-förvärv och användning i P-begränsade miljöer, vilket i slutändan kan bidra till hållbar livsmedelsproduktion i tropiska regioner.