土壌微生物は、植物との競争や対照的な光条件の下で、苗木の性能と生物学的相互作用を変化させた

Soil microbes alter seedling performance and biotic interactions under plant competition and contrasting light conditions.

• Nianxun Xi
• Juliette M G Bloor
• Chengjin Chu

抄録

背景と目的:

土壌微生物が植物に及ぼす正味の効果は、生物学的条件と生物学的条件の両方に依存することを示唆する証拠が増えてきているが、土壌フィードバック効果の文脈依存性については、まだ十分に理解されていない。本研究では、同種の土壌微生物の存在、植物の競争、光の利用可能性が樹木の苗木の性能に及ぼす影響を検証することを目的としている。

BACKGROUND AND AIMS: Growing evidence suggests that the net effect of soil microbes on plants depends on both abiotic and biotic conditions, but the context-dependency of soil feedback effects remains poorly understood. Here we test for interactions between the presence of conspecific soil microbes, plant competition and light availability on tree seedling performance.

方法:

温室内フィードバック実験では，2 種類の先天性熱帯樹木 Bauhinia brachycarpa と Bauhinia variegata の苗を，殺菌土壌または土壌微生物によって調整された土壌のいずれかで生育させた。土壌処理（ライブ、滅菌）、光の利用可能性（低、高）、植物の競争（競争なし、種内競争、種間競争）が樹木の苗のバイオマスに及ぼす相互効果を調べた。また、土壌フィードバック効果の結果と土壌微生物群集構造との関連性についても調査した。

METHODS: Seedlings of two congeneric tropical tree species, Bauhinia brachycarpa and Bauhinia variegata, were grown in either sterilized soil or soil conditioned by conspecific soil microorganisms in a two-phase, greenhouse feedback experiment. We examined the interactive effects of soil treatment (live, sterilized), light availability (low, high) and plant competition (no competition, intraspecific and interspecific competition) on tree seedling biomass. We also investigated the linkages between the outcomes of soil feedback effects and soil microbial community structure.

主要な結果:

苗のバイオマスに対する土壌フィードバック効果の結果は，競合処理と光の利用可能性の両方によ って変化した。低照度条件下では，競合処理や植物種に関係なく，土壌フィードバック効果は中立であった。土壌フィードバック効果は、高光条件では種間競争のある苗では負の効果を示したが、単独または種内競争のある 苗では正の効果を示した。苗の土壌フィードバック効果は、グラム陽性グラム陰性細菌の比率の変動によって駆動された。光と同種の土壌微生物は、樹種が経験する競争環境に相互に影響を与えた。光が弱い場合、同種の土壌微生物の存在は植物の競争強度を低下させるが、光が強い場合には、植物種に関係なく、土壌微生物の存在下では、競争強度と競争の重要性の両方が増加した。

KEY RESULTS: The outcomes of soil feedback effects on seedling biomass varied depending on both competition treatment and light availability. Under low light conditions, soil feedback effects were neutral irrespective of competition treatment and plant species. Soil feedback effects were negative in high light for seedlings with interspecific competition, but positive for seedlings growing alone or with intraspecific competition. Soil feedback effects for seedlings were driven by variation in the Gram positive-Gram negative bacteria ratio. Light and conspecific soil microbes had interactive effects on the competitive environment experienced by tree species; in low light, the presence of conspecific soil microbes decreased plant competition intensity, whereas in high light, both the intensity and the importance of competition increased for seedlings in the presence of soil microbes, irrespective of plant species.

結論:

また、光の利用率が低下すると、植物と植物の相互作用における土壌微生物の影響力が低下する可能性があることが示唆された。

CONCLUSIONS: Our findings underline the importance of light and plant competition for the outcomes of soil feedback effects on young tree seedlings, and suggest that reduced light availability may reduce the influence of conspecific soil microbes on plant-plant interactions.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Annals of Botany Company. All rights reserved. For permissions, please e-mail: journals.permissions@oup.com.