微生物底物利用策略和驅動機制研究獲進展

2020-09-16 中科院之聲

土壤微生物的碳轉化過程決定農田土壤碳循環特徵及肥力功能，但對該過程中微生物參與策略和代謝周轉驅動機制對碳截獲的控制作用尚不清楚。

中國科學院瀋陽應用生態研究所採用13C標記葡萄糖為底物進行土壤模擬培養並定期取樣，利用穩定同位素核酸探針（DNA-SIP）和高通量測序技術，探討真菌和細菌利用葡萄糖來源碳的動態特徵。研究發現，從細菌向真菌演替的r-k策略決定微生物群落對葡萄糖的動態利用特徵。在細菌群落中，隸屬於富營養菌的變形菌門和放線菌門對活性底物的利用能力，顯著高於寡營養菌的酸桿菌門和綠彎菌門。葡萄糖的不斷加入未改變不同營養類型細菌的底物利用策略。和細菌的底物利用策略不同，真菌子囊菌門和擔子菌門均可利用葡萄糖和土壤原有組分，表明真菌對底物的利用具有廣譜性特徵，且活性底物可誘導真菌對土壤原有組分的利用。

基於此，利用磷脂脂肪酸同位素探針技術（PLFA-SIP）和氨基糖同位素探針技術（AS-SIP），評估微生物從底物利用策略到增殖-死亡過程對土壤有機碳積累的驅動作用。研究發現，低有機質的紅壤對外源葡萄糖碳響應較快，並通過較高的代謝能力和真菌殘留物的積累保持外源活性碳固持能力；而有機質較高的黑土中微生物對外源活性碳響應不敏感，但可通過微生物量周轉保持較高的微生物殘體積累效率，從而控制外源活性碳在黑土中的積累。因此，微生物對外源底物的響應、微生物從增殖到死亡的周轉以及微生物殘留物的積累和穩定化，共同控制著土壤碳截獲過程。該研究對明確微生物底物利用和周轉對土壤有機碳形成的驅動機制具有理論意義。

相關研究成果分別以Identification of microbial strategies for labile substrate utilization at phylogenetic classification using a microcosm approach和Distinct regulation of microbial processes in the immobilization of labile carbon in different soils為題，發表在Soil Biology and Biochemistry上。瀋陽生態所物質循環組博士研究生王辛辛為論文第一作者，研究員何紅波和張旭東為論文共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金委重點項目、國家重點研發計劃和中科院戰略性先導科技專項（B類）的支持。

圖1.細菌和真菌優勢門的相對豐度和富集比例

圖2.葡萄糖來源的氨基糖與磷脂脂肪酸的比值

來源：中國科學院瀋陽應用生態研究所

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