Plant-soil-microbe interactions in phytomanagement systems: Influences of cadmium and nitrogen on rhizosphere microbial communities and growth of native plant species in agricultural systems

植物管理系统中植物-土壤-微生物的相互作用:镉和氮对根际微生物群落和农业系统中本土植物物种生长的影响

基本信息

项目摘要

Phytomanagement and Farming systems are of increasing importance throughout the world. In the present study, poplar and willow plants will be combined with native plant species, to further improve farm management systems. Two common contaminants (Cadmium and Nitrogen) with relevance to agricultural systems have been chosen to investigate the plants in terms of phytoremediation and its accumulation efficiency in contaminated agricultural soil. Since plant-microbe interactions play a major role in phytomanagement systems, one focus will be on microbial community shifts in the rhizosphere of plants growing on contaminated soil. To assess such changes in a plant specific microbial community structure, phospholipid fatty acids (PLFA) will serve as an adequate tool, since they are present in all living cells and rapidly degraded after cell death. Results will be compared with DNA based microbial community profiling. Furthermore, terpene, flavonoid and lipid analyses of plant tissue will provide insight into physiological shifts of plants in response to the different contaminants. A 13CO2 pulse applied to the experiment before harvest will provide further investigations of physiological shifts within plant metabolism and carbon translocation into the rhizosphere with respect to the contaminant. In this context, stable isotope probing of PLFA and DNA will be compared, and further 13C analyses of plant tissues carried out. To address the focus of phytomanagement systems, further analyses of plant parts (roots, stem, leaves, fruit and seeds) will be analysed for Cadmium and Nitrogen content. Highly contaminated plant tissues may be burned for biogas production and subsequently composted for recycling. Plant parts with high Nitrogen contents but no significant increase in Cadmium can be used as fodder material during winter periods; the use for commercial purposes may be possible and will be addressed within the present research proposal.
植物管理和耕作系统在全世界变得越来越重要。本研究将杨柳植物与乡土植物相结合,进一步完善养殖场管理制度。选择了与农业系统相关的两种常见污染物(镉和氮),研究了植物在受污染的农业土壤中的植物修复及其累积效率。由于植物-微生物相互作用在植物管理系统中发挥着重要作用,因此一个重点将是研究生长在受污染土壤上的植物根际微生物群落的变化。为了评估植物特定微生物群落结构的这种变化,磷脂脂肪酸(PLFA)将作为一个适当的工具,因为它们存在于所有活细胞中,并在细胞死亡后迅速降解。结果将与基于DNA的微生物群落特征分析进行比较。此外,植物组织中的萜类、类黄酮和类脂的分析将有助于深入了解植物对不同污染物的响应的生理变化。在收获前将13CO2脉冲应用于实验,将提供关于污染物在植物新陈代谢和根际碳转移中的生理变化的进一步研究。在此背景下,将比较PLFA和DNA的稳定同位素探测,并进一步进行植物组织的13C分析。为了解决植物管理系统的重点,将进一步分析植物部分(根、茎、叶、果和种子)的镉和氮含量。高度污染的植物组织可能会被焚烧以生产沼气,然后堆肥回收利用。含氮量高但镉含量没有显著增加的植物部分可以在冬季用作饲料材料;用于商业目的可能是可能的,并将在本研究提案中讨论。

项目成果

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