科研|落葉林土壤中微生物分解的小秘密

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導讀

森林土壤包含著重要的陸地碳（C）資源，C主要固定在植物衍生物中。微生物是森林中C流動的主要影響因素，並通過分解凋落物進一步平衡生態系統中的碳含量。結果證明真菌和細菌都參與了土壤中C礦化過程。真菌分解者適用於植物生物質化合物，而在分解過程中發現細菌同樣佔據著重要地位。這些結果對已有的碳單向流動食物網和真菌在有機物分解中佔優勢的假設提出了質疑。

論文ID

原名：Decomposer food web in a deciduous forest shows high share of generalist microorganisms and importance of microbial biomass recycling

譯名：落葉林分解者食物網中展現出微生物的高比例和微生物生物質再循環的重要性

期刊：The ISME Journal

IF：9.664

發表時間：2018年

通信作者：Ruben López-Mondéjar

通信作者單位：Institute of Microbiology of the CAS

實驗設計

作者通過13C標記的方法，追蹤微生物在土壤微環境中的呼吸、生物量生產和C積累過程。利用高通量測序技術分析真菌和細菌的群落結構，探究溫帶森林土壤中不同來源的碳在微生物分解者食物網中的流動過程。

實驗內容

1. 微生物群落對底物的響應

葡萄糖，半纖維素和真菌生物量添加後發現二氧化碳產量最高（圖1a）。產生呼吸作用最強的底物也表現出最高的13CO2產量（圖1b）。在添加半纖維素之後，磷脂脂肪酸（PLFA）顯著增加（圖1d）。在葡萄糖和半纖維素處理中的微生物生物質中均檢測到13C存在，而在纖維素處理中含量略低。只有在半纖維素處理14天後才記錄到比對照更高的總PLFAT（PLFA molecules）。由於真菌與細菌生物量比中的13C在所有處理中都高於對照，且真菌從葡萄糖，纖維素和半纖維素中比細菌吸收了更多的13C（圖1f）

2. 微生物群落對植物和微生物碳的積累

在7天和21天之間發現利用不同來源C的微生物群落結構存在顯著差異（圖2a）。除半纖維素和葡萄糖外，真菌群落均隨時間而發生變化（圖2a）。子囊菌是利用植物生物質最豐富的門類，但特別是細菌生物量方面，被孢毛霉亞門則佔主導地位。細菌生物量分解相關的細菌群落更具特異性。降解纖維素和植物生物量的細菌群落隨著時間的推移發生顯著變化（圖2a）。利用細菌生物量的細菌主要由γ-變形菌和β-變形菌組成，而其他底物則富含擬桿菌和放線菌。13C微生物群落中的物種豐富度和均勻度通常小於對照組，但是隨著時間的推移不斷增加。

3. 微生物分解者和微生物利用的碳源

通過複合生物質底物積累C的微生物中發現，大多數真菌從植物生物量中積累C，使用真菌生物量的較少，且僅有36％使用細菌生物量。細菌積累C主要來自真菌生物量，使用植物生物量較少，細菌生物量最少。在三種複合生物質底物中23％的真菌和18％的細菌均能進行C的累積（圖2b）。在63個細菌和30個真菌屬中均檢測到13C的存在，其中大多數菌屬發現有不同來源碳的存在（圖3）。利用微生物生物量的細菌菌屬所佔比例更高：60％能夠從真菌生物量積累C，33％能夠從細菌生物量積累C，而真菌菌屬僅佔37％和17％。對比來看絕大多數真菌屬能夠利用植物生物量，但這一比例僅為細菌的65％（圖3）。

點評

分解者食物網是微生物生物質的高度循環網路（圖4）。破譯土壤食物網的複雜結構對於分析微生物群落功能和碳循環活動至關重要。此外，儘管土壤微生物是C循環中的主要參與者，但其丰度和活性仍受土壤食物網的影響。從這個意義上說，本篇論文將為預測森林土壤對未來環境條件的反應奠定一定的基礎。同時為後進學者進行相關內容實驗提供參照。如有翻譯錯誤還望讀者海涵，可點擊下方閱讀原文詳細探究實驗細節。

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