摘要
土壤缺硫严重制约农业可持续发展。硫主要以有机形式存在，但植物吸收利用无机硫，因此植物容易出现缺硫现象。硫化氢（Hydrogen sulfide，H2S）作为一种气体信号分子，不仅可以调控植物生长发育和逆境胁迫，而且在细菌中H2S可以抵抗抗生素引起的氧化损伤，然而H2S如何调控大豆根际微生物的组成进而影响其硫代谢还不清楚？已知硫氧化菌可氧化有机硫供植物吸收利用，那么H2S如何影响与硫素高效利用相关的功能微生物也不明确？因此本研究以中黄13作为研究对象，选取杨陵和靖远土壤进行H2S（信号分子）、HT（H2S清除剂）、K2SO4（硫肥）处理，分析大豆不同生育期（P1：开花期，P2：鼓粒期，P3：成熟期）的生理表型、养分化学计量和根际微生物群落结构，同时测定土壤理化性质并分析其与微生物群落结构的联系，最终探讨H2S对大豆硫吸收和缺硫胁迫下的响应机制，同时构建具备促生特性的硫氧化合成菌群，并回接验证其生物学功能，主要结果如下： （1）两土壤大豆表型和干重在P1、P2时期变化不明显。P3时期杨陵土壤大豆K2SO4处理下根、茎、叶干重提升最高分别为31.14%、23.81%、255.36%，但豆荚、籽粒干重和收获指数降低了23.19%、32.51%、44.17%。H2S处理下茎、叶干重分别降低了17.48%、28.22%；豆荚、籽粒干重和收获指数分别提升了19.12%、31.26%、48.86%。靖远土壤大豆H2S处理下根、茎、叶干重分别降低了22.79%、48.82%、72.84%，豆荚、籽粒干重和收获指数分别提升了8.72%、53.06%、246.05%。P1、P2时期各处理下光合作用轻微增加，表现在SPAD、Pn、WUE、Gs指标的上升，P3时期K2SO4处理下显著促进光合作用，H2S处理下光合作用受到显著抑制。以上结果表明：K2SO4和H2S处理前期促进大豆光合作用，P3时期分别提高根茎叶干重、籽粒产量。 （2）施加K2SO4和H2S促进大豆氮磷钾硫养分积累，特别是硫的吸收，杨陵土壤三时期K2SO4处理下根硫素增加了116.93%、106.55%、48.12%；茎增加了206.73%、175.64%、86.21%；叶增加了51.96%、11.30%、41.83%。靖远土壤H2S处理下显著促进铁和硫元素的积累。P1、P2时期根系铁含量提高了27.64%、143.97%。P3时期根、茎、叶、籽粒硫素吸收提高了26.44%、22.86%、35.01%、28.92%。杨陵土壤施加K2SO4和H2S处理促进土壤铵态氮、速效磷、全硫、有效硫养分含量增加，全硫含量P1时期提高了0.31%、2.30%；P2时期提高了21.26%、5.42%。靖远土壤H2S处理下有效硫和全硫含量显著增加。P1、P2时期全硫提升了11.45%、11.69%。P1、P3时期有效硫增加了42.59%、165.44%。以上结果表明：K2SO4和H2S处理增加植物养分化学计量，提升土壤养分有效性。 （3）杨陵土壤K2SO4处理下细菌网络各成分互作程度和连接紧密度最高，协同作用最大，P1时期相对丰度最高的Rubrobacter与土壤有效硫呈显著正相关。H2S处理下细菌结构和功能分类更强，P3时期相对丰度最高的Adhaeribacter和endosymbionts与土壤铵态氮、速效磷呈显著正相关。靖远土壤H2S处理下细菌网络协调作用最大，网络结构更复杂，各成分互作程度和紧密连接度最高，P1、P2时期Rubrobacter、Ilumatobacter相对丰度最高。以上结果表明：K2SO4和H2S处理下细菌网络功能不同且关键菌属与环境因子具有相关性。 （4）通过产SO42-浓度比较，选取靖远土壤H2S根际土分离出19株强硫氧化菌，对其进行促生特性鉴定：溶磷、产IAA、ACC脱氨酶活性等。选取促生性能强的菌株Enterobacter sp. strain SR31B、Pseudomonas sp. strain GR_115、Pseudomonas sp. strain YR02、Pseudomonas sp. BBWH-W5进行合成菌群的构建，回接发现显著促进大豆光合作用和生物量积累。缺硫条件下，添加合成菌群株高增加了18.02%；根、茎、叶干重分别增加了40.26%、43.56%、55.31%。加硫条件下株高增加了4.68%；根、茎、叶干重分别增加了60.40%、40.52%、53.89%。光合作用SPAD、Pn、WUE、Gs明显增强。以上结果表明：构建的硫氧化合成菌群具备大豆促生特性。 综上所述K2SO4和H2S处理，通过改变微生物群落结构进而影响土壤养分有效性，促进大豆养分化学计量、光合作用、生物量的提高。本研究对硫素微生物菌剂开发和利用提供了理论机制，为缓解土壤硫素缺乏提高作物硫素高效利用具有一定的科学研究意义。
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