科學家打開土壤微生物群落裝配「黑箱」—新聞—科學網

2020-11-24 科學網

 

由於土壤微生物的複雜性和難培養性，長期以來，人類對土壤微生物多樣性如何影響群落生態功能的認識不深，只能用「黑箱」來概括。

8月23日，《自然—通訊》在線發表了南京農業大學資環學院土壤微生物與有機肥團隊關於土壤微生物群落裝配和生態功能影響機制的最新研究成果，窺見了「黑箱」裡的秘密。

論文共同通訊作者、南京農業大學教授張瑞福告訴《中國科學報》，土壤微生物活動是實現土壤物質循環和養分轉化的功能基礎，不同的微生物具有不同的生態功能，因此土壤微生物群落的裝配會影響土壤養分循環能力和生態系統生產力的高低，並關係到生態系統的穩定。近年來，土壤微生物多樣性的重要生態功能及多樣性損失對生態系統的威脅，引起許多國際組織和政府的重視。

該研究發現，土壤微生物群落中的「特異性」功能微生物是決定群落裝配過程的關鍵因素，也是維持微生物群落穩定的重要基礎。所謂「特異性」功能，就是僅由少數微生物功能群「持有」的功能，如土壤氨氧化過程、有機汙染物降解等功能。

論文第一作者、南京農業大學副教授荀衛兵介紹，在土壤微生物群落裝配初期，營養和空間位充足，微生物隨機生長、繁殖、死亡，群落遵循隨機裝配過程。在群落裝配後期，空間和營養條件受限，環境選擇壓力增加，僅在土壤微生物多樣性較高、能夠「持有」和「表達」更多「特異性」功能時，群落才能適應環境，維持隨機生長、繁殖、死亡的隨機性裝配過程；相反，在土壤微生物多樣性較低時，微生物類群趨向於「各自為戰」，群落維持條件選擇或者均一化選擇的確定性裝配過程。

論文共同通訊作者、南京農業大學教授沈其榮認為，「特異性」功能微生物在影響土壤微生物群落裝配過程和維持土壤生態系統服務功能中有著重要作用，對破譯土壤微生物多樣性和系統生態功能之間的關係具有重要的科學意義。

該研究同時得到「973」計劃、國家自然科學基金、中國科協青年人才託舉工程、中央高校基本科研業務費等項目的資助。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-019-11787-5

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 科學網—土壤微生物群落裝配「黑箱」被打開
    「黑箱」來形容。8月23日，《自然—通訊》在線發表了南京農業大學關於土壤微生物群落裝配和生態功能影響機制的最新研究成果，窺見了「黑箱」裡的秘密。 論文共同通訊作者、南京農業大學教授張瑞福表示，土壤微生物群落的裝配影響土壤養分循環能力和生態系統生產力的高低，並關係到生態系統的穩定。該研究發現，土壤微生物群落中的「特異性」功能微生物是決定群落裝配過程的關鍵因素，也是維持微生物群落穩定的重要基礎。
  • 土壤生物體型影響群落構建—新聞—科學網
    孫波供圖       近日，中國科學院南京土壤研究所研究員孫波團隊在《自然—通訊》上發表了土壤生物體型影響群落構建的研究成果。 土壤微生物多樣性產生和維持的微生物群落構建機制是微生物生態學的基本問題。控制微生物種內遺傳多樣性的進化過程包括突變、選擇、基因流動以及遺傳漂變，與之對應，控制微生物種間多樣性的生態過程包括物種形成、選擇、擴散和生態漂變。
  • 科學家證實:粘細菌調控土壤微生物生態平衡—新聞—科學網
    南京農大供圖 粘細菌響應植物根際分泌物向根部遷移並定殖，同時通過捕食作用驅動土壤有益微生物群落結構穩定從而降低病害發生。 論文通訊作者崔中利介紹，在微生物群落中，粘細菌具有多細胞群體行為特徵，是一種通才型捕食性微生物類群，被認為是高等的原核生物。 粘細菌能夠「捕食」活的微生物細胞（細菌與真菌）或者其他生物大分子獲取營養；能夠響應外界營養閾值，進而調控營養細胞分化為抗逆性強的粘孢子；還能根據外界環境的營養閾值進行自我調整。
  • 土壤微生物裡 也有「超級英雄」
    近日，科技日報記者從南京農業大學獲悉，國際著名綜合性期刊《Nature Communications》在線發表了該校資源與環境科學學院土壤微生物與有機肥團隊，有關土壤微生物群落裝配和生態功能影響機制的研究成果。由於土壤微生物的種類複雜，又難於培養，長期以來，人類對土壤微生物的多樣性及其生態功能認識不深，只能用「黑箱」來概括。
  • 南京土壤所在細菌群落裝配過程介導土壤剖面SOC代謝研究中獲進展
    隨機過程和確定過程共同決定了微生物群落裝配，已有研究表明微生物裝配過程會對微生物成員施加約束並影響微生物的功能。但隨機過程和確定過程對剖面土壤微生物群落裝配的相對貢獻及其造成的土壤有機碳（SOC）動態變化尚不明確，限制了對深層土壤SOC動態變化機制的解析。
  • 科學家揭示入侵細菌改變灰飛蝨微生物群落機制—新聞—科學網
    他們揭示了入侵的共生細菌沃爾巴克改變灰飛蝨微生物群落結構的機制。 洪曉月介紹，昆蟲體內蘊藏著一個龐大而複雜的微生物社會，經過長期的共進化，他們與其宿主產生了千絲萬縷的聯繫，並在宿主的生長、發育、生殖和對外部環境適應中扮演重要的角色。近年來，微生物對昆蟲的影響受到越來越多的關注，但是影響微生物社會結構的因素在很大程度上仍是未知的。
  • 細胞可塑性:打開疾病黑箱的新「鑰匙」—新聞—科學網
    細胞可塑性，意味著細胞命運的決定、轉變和重塑，有望成為打開諸多疾病黑箱的新「鑰匙」。
  • 茶樹連作障礙與土壤微生物群落
    文章從土壤養分失衡、土壤酸化、自毒作用、土壤微生物群落結構失衡、根際微生態等方面概述了茶樹連作障礙形成機制的研究進展,同時從化學改良、增施有機肥、生物質材料、生物菌肥、茶園多樣性栽培等方面介紹緩解茶樹連作障礙的主要措施,並對今後茶樹連作障礙形成機制的進一步研究及防控技術的發展方向提出展望,以期為解決茶樹連作障礙問題提供一些科學依據。
  • ​[2021-01003]鹽度是沙漠生態系統中土壤微生物群落的關鍵決定因素
    土壤鹽分是一種有影響力的環境壓力源，加上有限的水分供應和對代謝活動有毒的高濃度細胞內離子。土壤中的高鹽分會抑制植物的生長，降低植物的光合能力，並對植物群落的組成，分布和多樣性產生強烈影響。地下微生物對於碳分解和養分循環至關重要，但是人們對土壤鹽分對地下微生物群落的潛在影響知之甚少。   古爾邦通古特沙漠是新疆北部準噶爾盆地的一部分，是中國第二大沙漠。
  • SEL:土壤不同粒徑團聚體對微生物群落結構的影響
    導 讀 本研究採用磷脂脂肪酸法分析不同恢復階段土壤團聚體的微生物分布。結果表明，百裡香群落的總PLFA量是撂荒草地的10倍。在自然恢復35年的百裡香群落土層中，總PLFA隨土壤團聚體粒徑的增大而增大。
  • 華北平原麥田土壤微生物群落構建研究取得進展
    生物群落如何構建是生態學中的核心問題之一，生態學家對植物的群落構建過程已進行大量研究，然而在微生物群落構建方面的研究則相對滯後。當前，土壤微生物生物地理學主要關注微生物的空間分布格局及其驅動因子，而對不同空間尺度下微生物的群落構建過程研究較少。
  • 研究揭示土壤微生物群落穩定性、多樣性與作物產量的關係
    土壤微生物調控土壤養分循環過程與植物生產力，是土壤健康的重要指標。在農業生態系統中，土壤微生物群落（細菌、真菌、線蟲等）以多營養級微食物網形態共存，尤其在根-土界面（根際微環境）中發揮重要作用，直接或間接影響作物健康和產量。研究土壤微生物群落穩定性、多樣性影響作物產量的作用機制，可為農業可持續性發展提供科學依據。
  • 科學網—微生物:土壤健康的「生力軍」
    土壤重金屬汙染修復的主要技術包括化學、物理、工程以及生物治理法，微生物修復是通過微生物對土壤中的重金屬離子的吸附、吸收、絡合、沉澱及成礦等作用降低其活性，減少農作物對重金屬的吸收，達到修復汙染的效果。微生物修復具有環境風險小、成本低、效率高等優點。
  • 青藏高原所揭示凍土成土年齡影響土壤微生物群落對凍土融化的響應
    微生物活動驅動凍土中有機碳的分解，因此，微生物群落組成及其功能變化能夠深刻影響凍土融化過程中的有機質分解和溫室氣體排放。研究表明，不同年齡凍土的微生物多樣性及群落結構存在較大差異，但學界尚不確定對土壤微生物群落影響更大的因素是凍土成土年齡還是融化程度。
  • 南京土壤所揭示稻田土壤的微生物群落演變特徵
    土壤與巖石的差別，在於土壤中棲息著難以計數的微生物，使得土壤成為一個活的生命體，支撐了植物生長，維繫了人類發展。然而，土壤形成過程最長可達上億年，在漫長的地球歷史演化過程，棲息於土壤中的微生物如何適應不斷變化的環境，並形成了穩定的群落區系，迄今仍未有明確的結論。其中的主要難點是，土壤發生的歷史條件不可複製，形成過程不可逆轉，發育過程很難模擬。
  • 科研 | Ecology:土壤微生物群落的空間和時間更替與原始熱帶森林的功能無關
    導讀土壤微生物群落的空間和時間更替在陸地生態系統中仍然存在很多未解之謎。然而，要將微生物群落納入生態預測和生態系統模型中，關鍵在於確定這些關係以及它們如何在生態系統和微生物譜系中變化。為了研究未受擾動土壤細菌和真菌豐度、多樣性、組成和功能的時間變化，在熱帶雨林中從4個成熟的原生林小區收集土壤，時間跨度為兩年。抽樣設計允許檢測空間(200米以內)和時間(季節和年)的變化。
  • 細說土壤和土壤微生物
    同時，土壤還具備了各種微生物生長發育所需要的營養、水分、空氣、酸鹼度、滲透壓和溫度等條件，為數量巨大、種類繁多的微生物提供了生存空間，可以說，土壤是微生物的「天然培養基」，是最豐富的菌種資源庫。1克土壤中，微生物的數量就有幾億到幾百億個、1畝地耕層土壤中的微生物重量可達幾百斤到上千斤。
  • 【產業前沿】油茶林土壤微生物群落的特徵
    為了解油茶林地土壤微生物群落特徵，揭示油茶林土壤微生物群落結構多樣性變化特徵對林齡和季節等環境因素的響應機制,為油茶林的管理提供理論依據。在開發利用油茶土壤微生物時，應優先利用根際微生物，特別是在生長季節。在未來的林地管理中，有可能通過控制土壤碳源種類和土壤理化性質來促進油茶的生長。描述土壤微生物群落的特徵對森林生態系統管理和微生物利用具有重要意義。油茶是我國重要的食用油樹，其土壤微生物群落的研究尚未見報導。在這裡，研究團隊對16S、ITS（轉錄間隔區） rRNA基因序列進行Illumina測序研究了華南油茶林地微生物的物種多樣性。
  • 土壤微生物群組
    1 土壤微生物組的功能土壤微生物組是土壤中所有微生物及其棲息環境的總稱。土壤微生物組研究的核心內容是特定土壤中微生物群落的協同演化規律及其環境功能。1946 年美國科學家賽爾曼·瓦克斯曼從土壤鏈黴菌中發現了鏈黴素，並獲得了1952 年諾貝爾獎。20 世紀 70 年代中期，美國科學家威廉·坎貝爾和日本科學家大村智發現了阿維菌素這一高效抗寄生蟲藥，並獲得了2015 年諾貝爾獎。近年來，天然結構抗生素的發現進入瓶頸期，隨著微生物培養技術、宏基因組學及高通量篩選方法的發展，人們再次將目光聚焦於從天然產物中發現新型抗生素。
  • Chemosphere:植物-微生物修復汙染土壤過程中細菌群落對PAHs的響應
    【歡迎您關注--農業環境科學】中國科學院瀋陽應用生態研究所鞏宗強研究員團隊通過根箱試驗分析了多環芳烴汙染土壤中黑麥草、大豆聯合外源菌株的植物-微生物修復潛力。相關成果發表於Chemosphere（IF=5.778）。閱讀論文全文請點擊文末閱讀原文。