氮是植物生长发育所必需的重要营养元素。小麦是我国主要的粮食作物之一，其产量和品质的提高依赖于氮肥的投入。但是在田间施用的氮肥的利用率往往非常低。土壤氮素水平是影响土壤微生物群落结构改变的主要因素之一，氮肥的损失受到土壤微生物的驱动。植物从根际环境中直接获取矿质营养，土壤根际微生物在植物养分吸收和利用中发挥着重要的作用。本研究利用氮素耗竭的陕西关中地区典型的壤土，设置了不同氮水平，距根系不同距离的小麦根箱实验，采用宏基因组学和宏蛋白质组学的多组学研究方法，对缺氮胁迫下小麦根际微生物在物种丰度、基因丰度和蛋白质丰度水平上的变化进行了系统分析，得出的结论如下:
　　缺氮胁迫下，小麦地上部干重、叶绿素含量和全氮含量显著降低，小麦根际微生物群落的α多样性显著提高，并且根际土壤的α多样性显著低于非根际土壤的多样性。缺氮胁迫和根际效应对小麦根箱土壤中的微生物群落结构均有显著影响。硝化螺旋菌门的微生物丰度和土壤硝态氮含量呈显著的正相关关系，放线菌门和厚壁菌门的微生物在缺氮胁迫下的根箱土壤中富集。正常供氮水平下，拟杆菌纲和γ变形菌纲的细菌在小麦根际土壤中富集，而在缺氮胁迫下，微球菌目的细菌在小麦根际富集。缺氮胁迫下，小麦根际土壤中微生物的互作网络平均连接度更高，模块化程度更低，不同种类的微生物之间的竞争或协作更加剧烈。其中，氨氧化古菌Nitrososphaeria是受缺氮胁迫影响的微生物共存网络的重要节点。缺氮胁迫诱导了小麦根箱土壤中微生物的mRNA合成、糖酵解、过氧化物代谢和磷酸肌醇代谢功能。鸟枪法宏基因组学分析结果显示在缺氮胁迫下检测到的基因种类较正常供氮处理更少。缺氮胁迫下，土壤微生物参与循环系统、遗传信息处理中的复制和修复以及翻译等7个KEGG注释的基因丰度显著更低，小麦根际微生物可能通过改变特定代谢过程的强度来应对缺氮胁迫。小麦根际土壤中，蛋白质丰度较高的微生物主要来自α变形杆菌纲、γ变形杆菌纲、放线菌纲、β变形杆菌纲、酸杆菌纲、δ变形杆菌纲、绿弯菌纲、浮霉菌纲、蓝藻纲、芽单胞菌纲等种类的细菌，分别有来自13个和14个属的微生物只能在缺氮胁迫下和正常供氮条件下被检测到。和宏基因测序结果相比，通过宏蛋白组学检测到的古菌蛋白质相对较少。与正常供氮相比，缺氮胁迫下土壤根际微生物的差异蛋白主要参与有机底物代谢、含氮化合物代谢、环境压力刺激的响应等生物学过程。综上，缺氮胁迫引起了小麦根际土壤微生物在微生物多样性、群落结构、功能基因丰度和功能蛋白丰度显著性的变化。缺氮胁迫下的小麦根际土壤中，部分微生物类群显著富集，能量代谢、含氮化合物代谢和胁迫相关的基因丰度和蛋白表达量发生了显著的变化，这些变化可能有利于土壤中氮素的转化，提高小麦氮素利用的效率，进而促进小麦的生长。
　　本研究为小麦根际发生的氮素循环过程提供了参考，在一定程度上拓宽了小麦根际微生物响应缺氮胁迫的研究尺度，并为小麦生产实践中的减肥增效提供一些理论依据。本研究中鉴定到的来自微球菌目、芽孢杆菌目和杆菌纲的潜在功能微生物和其它潜在的功能蛋白可以为小麦根际促生菌的培养和功能基因的发掘提供理论基础。