土壤微生物的碳轉(zhuǎn)化過程決定農(nóng)田土壤碳循環(huán)特征及肥力功能，但對該過程中微生物參與策略和代謝周轉(zhuǎn)驅(qū)動機制對碳截獲的控制作用還不清楚。
基于此，采用13C標(biāo)記葡萄糖為底物進(jìn)行土壤模擬培養(yǎng)并定期取樣，利用穩(wěn)定同位素核酸探針（DNA-SIP）和高通量測序技術(shù)探討真菌和細(xì)菌利用葡萄糖來源碳的動態(tài)特征。研究發(fā)現(xiàn)，從細(xì)菌向真菌演替的r-k策略決定了微生物群落對葡萄糖的動態(tài)利用特征。在細(xì)菌群落中，隸屬于富營養(yǎng)菌的變形菌門和放線菌門對活性底物的利用能力顯著高于寡營養(yǎng)菌的酸桿菌門和綠彎菌門。葡萄糖的不斷加入并未改變不同營養(yǎng)類型細(xì)菌的底物利用策略。和細(xì)菌的底物利用策略顯著不同，真菌子囊菌門和擔(dān)子菌門均可以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征，并且活性底物可誘導(dǎo)真菌對土壤原有組分的利用。
圖1 細(xì)菌和真菌優(yōu)勢門的相對豐度和富集比例
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用磷脂脂肪酸同位素探針技術(shù)（PLFA-SIP）和氨基糖同位素探針技術(shù)（AS-SIP）相結(jié)合來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(qū)動作用。我們發(fā)現(xiàn)，低有機質(zhì)的紅壤對外源葡萄糖碳響應(yīng)較快，并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(zhì)較高的黑土中微生物對外源活性碳響應(yīng)不敏感，但可通過微生物量周轉(zhuǎn)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(yīng)以及微生物從增殖到死亡的周轉(zhuǎn)以及微生物殘留物的積累和穩(wěn)定化共同控制著土壤碳截獲過程。研究成果對明確微生物底物利用和周轉(zhuǎn)對土壤有機碳形成的驅(qū)動機制具有重要的理論意義。
圖2 葡萄糖來源的氨基糖與磷脂脂肪酸的比值
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(fā)表在Soil Biology and Biochemistry 期刊上。沈陽生態(tài)所物質(zhì)循環(huán)組博士研究生王辛辛為第一作者，何紅波研究員和張旭東研究員為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委重點項目、國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）的支持。
