望天樹（Parashorea chinensis）是龍腦香科（Dipterocarpaceae）柳安屬植物，是我國特有的一級瀕危樹種、熱帶雨林的标志樹種和珍貴鄉土樹種，具有很高的科學價值和經濟價值。大面積的過度開發使其天然群落遭受破壞，生境破碎化，天然更新困難。望天樹人工育苗和人工林培育是拯救其瀕危現狀、擴大其種群數量的重要途徑。然而，在人工栽培過程中，研究人員發現望天樹存在種子成苗率低，幼苗死亡率高、苗期根系發育慢、幼樹生長遲緩等難題。
為解決上述望天樹人工栽培過程中遇到的難題，楊梅教授團隊分别從苗木抗逆性、菌肥促生效果評價、人工林土壤養分特征和微生物多樣性，以及人工林土著溶磷促生菌篩選等方面對望天樹展開了長期且不斷深入的研究，取得了以下階段性進展：
一：望天樹苗木的抗寒性及其對不同芽孢杆菌菌劑的響應研究
望天樹幼苗抗寒性研究結果表明：望天樹苗期葉片在0 ℃低溫脅迫中受到一定程度的傷害，0 ℃處理2 d可作為早期篩選耐寒材料的時間節點；待溫度回升到25 ℃後，滲透調節物質含量及抗氧化酶活性開始下降，表明望天樹幼苗在遭受低溫脅迫後具有一定的自我修複能力。低溫觸發了望天樹幼苗的抗冷機制，促使望天樹幼苗主動積累可溶性糖、可溶性蛋白，降低細胞滲透勢，緩減了望天樹幼苗因低溫而導緻的細胞失水，一定程度上減輕了望天樹幼苗的低溫傷害。
注：A．低溫0℃處理0d後植株葉片症狀；B．低溫0℃處理1d後植株葉片症狀；C．低溫0℃處理2d後植株葉片症狀；D．溫度回升到25℃後植株葉片症狀。
圖１ 低溫處理後植株葉片症狀
望天樹幼苗接種3種芽孢杆菌研究結果表明：3種菌劑對苗木的生長和光合作用均有促進作用，苗高、地徑增量分别較對照提高了30.2%~57.2%和5.3%~49.7%，根系活力提高了74.5%~227.4%，淨光合速率提高了15.3%~227.6%。巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）處理下的苗木生長、生物量、根形态、葉光合效率、光化學淬滅系數均表現最好，對望天樹苗木生長發育的促進作用最大。（該研究結果以“3種芽孢杆菌菌劑對望天樹苗木生長和光合特性的影響”為題發表在《熱帶亞熱帶植物學報》上，2019級碩士研究生汪叢嘯為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），以及廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110）共同資助）。
二：望天樹人工林土壤養分特征及其生态化學計量比研究
土壤微生物量碳氮和養分特征研究結果表明：望天樹人工林土壤養分含量随着土層深度的加深而下降，不同林分類型（混交林和純林）對養分垂直分布格局影響不明顯；望天樹純林改造為混交林可以改善種植區域的土壤養分狀況，提高土壤微生物量碳、氮含量，在一定程度上促進了土壤微生物的活動。望天樹和巨尾桉混交可以明顯提高土壤微生物活性，改善土壤質地和微環境。土壤微生物量碳、氮可以靈敏地反映林地土壤質量、肥力狀況以及林分改造過程中産生的變化，可作為土壤養分儲備庫和碳氮源變化的早期生物指示指标。（該結果以“望天樹人工幼林土壤微生物量碳氮及養分特征”為題發表在《北京林業大學學報》，2021級博士研究生李萬年為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），以及廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110）共同資助）。
土壤養分、微生物量和酶的生态化學計量比研究結果表明：亞熱帶望天樹林地土壤均不同程度地受到土壤C、N、P的限制。土壤養分含量、微生物量和酶活性以及它們之間的生态化學計量比在根際和非根際間存在顯著差異，對林齡變化敏感。根際和非根際土壤P限制是望天樹及其林地土壤微生物在生長發育過程中共同面臨的養分缺乏難題，維持較高含量的铵态N、硝态N、速效P和速效K等有效養分含量的是緩解養分限制的關鍵因子。P有效性在望天樹生長和林地根際微生物群落構建方面發揮着關鍵作用。（該結果以“Soil C, N, P, K and Enzymes Stoichiometry of an Endangered Tree Species,Parashorea chinensisof Different Stand Ages Unveiled Soil Nutrient Limitation Factors”為題發表在《Forests》，2021級博士研究生李萬年和巴基斯坦籍博士後Izhar Ali為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），廣西研究生教育創新計劃（YCBZ2022036），以及廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110）共同資助）。
圖2不同林齡下根際和非根際土壤養分化學計量比
圖3不同林齡下根際和非根際土壤微生物量的化學計量
三：望天樹人工林土壤微生物群落特征及其功能多樣性研究
土壤微生物群落特征研究結果表明：3種林分（望天樹純林（WC）、望天樹×降香黃檀混交林（WJ）和望天樹×尾巨桉混交林（WA）），根際土壤微生物總PLFA及細菌、真菌、放線菌的PLFA含量均表現為WA＞WJ＞WC；土壤理化性質（包括含水量、pH值、有機質、全氮、全鉀、硝态氮、铵态氮、速效鉀含量及蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性）與微生物特征（即代謝活性、功能多樣性指數及PLFA含量）均存在顯著正相關關系。從土壤理化性質及微生物群落功能和結構特征分析來看，3種林分中望天樹×尾巨桉是最有利于改善望天樹幼樹期土壤微生态環境、提高土壤可利用養分的混交模式。（該結果以“望天樹人工林根際土壤理化性質及微生物群落特征”為題發表在《應用生态學報》，2022級博士研究生韓小美為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），以及廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110）共同資助）。
土壤微生物群落功能多樣性研究結果表明：望天樹×巨尾桉混交林的土壤微生物功能多樣性指數Shannon-Wiener、Simpson和McIntosh均最高，顯著高于純林；混交林的土壤微生物對碳源的利用能力和代謝活性及微生物數量高于純林，且随土層加深而下降；土壤微生物對酚酸類碳源的利用程度最高、胺類次之、多聚物最低，混交林和純林分别對氨基酸類、羧酸類碳源的依賴度更高；土壤pH、有機質、全K和速效K含量是造成混交林和純林間，及不同土層間土壤微生物功能多樣性和碳源利用存在差異的關鍵驅動因子。（該研究結果以“望天樹人工幼林混交對土壤微生物功能多樣性與碳源利用的影響”為題發表在《植物生态學報》，2021級博士研究生李萬年為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110），以及廣西研究生教育創新計劃（YCBZ2022036）共同資助）。
注：MPD,望天樹和降香黃檀混交林; MPE,望天樹和巨尾桉混交林; PP,望天樹純林。C1,碳水化合物類; C2,氨基酸類; C3,羧酸類; C4,多聚物類; C5,酚酸類; C6,胺類。AK,速效鉀含量; AP,速效磷含量; NO3–-N,硝态氮含量; pH,酸堿度; SOM,土壤有機質含量; TK,全鉀含量; TN,全氮含量; TP,全磷含量。
圖4 土壤微生物群落碳源利用與環境因子的冗餘分析(RDA)
四：望天樹人工林根際土壤溶磷細菌篩選及其溶磷特性研究
研究結果表明：從3個不同林齡（1、2和41年）望天樹人工林根際共分離篩選出18株溶磷菌，其中溶磷能力較強菌株為P4、P8、P12和P30；結合各菌株的菌落特征、生理生化特征、16S rDNA序列的比對結果和系統發育樹的分析，将P4菌株和P12菌株鑒定為洋蔥伯克霍爾德菌（Burkholderia cepacia），P8菌株為唐菖蒲伯克霍爾德菌（Burkholderia gladioli），P30菌株為蠟狀芽孢杆菌（Bacillus cereus）。4株溶磷菌株在30~35℃，pH為5.5~8.5，NaCl質量分數為0~2.5%時均具有良好的溶磷能力，對磷酸鋁和磷酸鐵的溶磷量均達300 mg/L，菌株對溫度和pH的耐受性較廣，在南方酸性土壤具有較大的應用潛力，有望作為望天樹專用溶磷菌肥研制的優質菌株。篩選得到的4株高效溶磷菌具有良好的溶磷能力，且能夠溶解多種難溶性無機磷酸鹽，可用于望天樹專用微生物肥料的研發，具有良好的應用潛力。（該研究結果以“望天樹人工林根際溶磷細菌的篩選及溶磷特性”為題發表在《北京林業大學學報》，2020級碩士研究生韋雙為該論文的第一作者，楊梅教授為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金項目（31960307），以及廣西自然科學基金項目（2018GXNSFAA28110）共同資助）。
圖5部分溶磷細菌溶磷圈
圖6溶磷細菌系統發育樹
根據前期的調查研究和試驗發現，望天樹在幼苗時根系生長緩慢，側根不發達，進而使其在幼苗時期生長遲緩，抵抗力弱，死亡率高，磷素對根系的生長發育至關重要，解磷微生物是提高土壤有效磷的主要途徑，所以從望天樹人工林中分離、篩選高效解磷細菌，是解決望天樹苗期和幼樹根系發育遲緩、生長緩慢的問題的有效辦法。因此，楊梅教授團隊從上述溶磷細菌中挑選既能溶解有機磷，又能溶解無機磷的高效功能菌，成功申請了國家發明專利。從而可提供一種唐菖蒲伯克霍爾德菌（Burkholderia gladioli）P8，用于将土壤中難溶性的磷轉化為可以被植物吸收的有效磷。該菌株現保藏于中國微生物菌種保藏中心管理委員會普通微生物中心(簡稱CGMCC)，保藏登記号為CGMCC No.22825。（該成果以“一株唐菖蒲伯克霍爾德菌P8及其應用”為發明名稱獲得國家知識産權局授予的專利權。發明人：楊梅、韓小美、餘注光、黃平升、李萬年、汪叢嘯、廖思。專利号：ZL 2021 1 1531315.5)。
圖7發明專利證書
