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《土壤微生物多样性维持机制研究取得进展》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 金慧敏
  • 发布时间：2016-04-11

  • 中国科学院沈阳应用生态研究所生态化学计量学组的张西美博士及其合作者利用他们早先发明的分析方法，证明了16种不同的环境变化（包括植物多样性丧失、放牧、氮沉降、磷素添加、增雨、增温、以及它们的共同作用）主要通过调节随机性过程而非确定性过程来影响微生物群落。因为土壤微生物多样性非常高，现有的技术不能够绝对准确地测量微生物多样性，只是一个取样过程，因此计算出来的这种随机性的重要性可能是由于取样过程而非真正的生态学随机过程造成的。他们进一步利用多种不同的方法，包括基于全基因组的宏基因组技术，排除了随机取样过程的影响。传统的观点认为确定性过程占主导作用，因此该研究结果对传统的观点提出了直接的挑战。需要注意的是，该研究结果强调环境变化主要调节了随机性过程，这种调节包括促进和抑制两种情况。如果是抑制，意味着随机性过程的相对重要性降低了，而确定性过程的重要性增加了。文章《Environmental changes affect the assembly of soil bacterial community primarily by mediating stochastic processes》近期发表在Global Change Biology杂志上，原文DOI：10.1111/gcb.13080。

  • 原文来源：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.13080/full;http://www.iae.cas.cn/xwzx/kydt/201604/t20160407_4579902.html
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相关报告

  • 《稻田土壤铁-氮耦合的微生物机制取得重要进展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2014-12-18
    • 　　稻田土壤是一种典型的人工湿地系统，其周期性的干湿交替导致了系列的氧化还原反应。由于稻田土壤的这一特性以及丰富的铁（Fe）含量，异化Fe(III)还原现象普遍存在于淹水稻田土壤中，并被认为可调控其他元素的生物地球化学过程。施氮（N）肥（尿素或氨）是人们为了维持稻田土壤肥力和增加水稻产量的一种重要农业管理措施。已有研究表明，在其他生境，如湿地和热带森林土壤中发现异化Fe(III)还原与N元素循环之间存在联系，然而人们对稻田土壤中微生物介导的异化Fe(III)还原与N元素循环相耦合的过程知之甚少。 　　鉴于稻田土壤在全球农业生产和生态环境功能中的突出地位，中科国学院生态环境研究中心朱永官课题组对我国稻田土壤中的Fe-N耦合过程进行了一系列研究。首先，他们选取我国南方第四纪红土母质发育的稻田土壤，通过室内泥浆厌氧培养手段，以13C-乙酸盐为底物，分别添加水铁矿和针铁矿作为唯一末端电子受体，采用基于rRNA的稳定性同位素探针（rRNA-SIP）结合基于16S rRNA的454高通量测序技术，研究了长期施N肥（尿素）对稻田土壤中依赖于乙酸盐同化的Fe(III)还原微生物群落的影响。他们首次揭示了长期施N肥能够促进稻田土壤中Fe(III)还原过程以及改变依赖于乙酸盐的Fe(III)还原细菌的群落结构。此外，他们还发现尽管不同形态的铁矿对Fe(III)还原细菌的类群具有选择性，水铁矿和针铁矿的添加均刺激了两种土壤中Geobacter属的增长，且长期施氮肥导致其增长幅度更大。这些结果暗示着长期施N肥在微生物介导的稻田土壤Fe的生物地球化学循环中的重要性，强调了元素生物地球化学循环之间复杂的相互作用。这一研究成果发表在自然出版集团的The ISME Journal（Ding et al., ISME J., 2014, DOI: 10.1038/ismej.2014.159）上。随后，他们以一个第四纪红土母质发育的时间序列稻田土壤为对象，采用基于15N-NH4+（15NH4+）的稳定性同位素示踪以及乙炔（C2H2）抑制技术，首次证明了稻田土壤中存在铁氨氧化过程，即在厌氧条件下，以Fe(III)为电子受体，Fe(III)被还原为Fe(II)的同时铵（NH4+）被氧化为氮气（N2），或亚硝酸盐（NO2–），或硝酸盐（NO3–）的过程（图1），其中，直接生成N2是稻田土壤中铁氨氧化过程的主要途径。此外，他们还发现水稻耕作可提高土壤微生物可还原Fe(III)水平，促进铁氨氧化反应，从而刺激土壤中N损失，通过估算发现铁氨氧化过程造成的N损失约占我国氨肥田间施用量的3.9–31%，推测此过程是稻田土壤N损失的潜在重要途径之一，可能影响到对陆地生态系统氮素损失的估算。这一研究成果发表在Environmental Science and Technology（Ding et al., Environ. Sci. Technol., 2014b, DOI: 10.1021/es503113s）上。
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  • 《成都生物所在高山灌丛土壤微生物多样性沿海拔分布格局研究取得进展》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2023-07-10
    •     土壤细菌和真菌是陆地生态系统中微生物群落的重要组成部分，具有较高的可塑性及适应性，在生态系统中发挥着重要作用。不同海拔下，高山灌丛生态系统土壤微生物群落的分布格局及其影响因素的研究不足，在很大程度上限制了对灌丛生态系统生态学过程的认知。     基于此，中国科学院成都生物研究所地表过程与生态系统管理项目组博士生谢路路和李琬婷在尹春英研究员的指导下，以折多山优势灌丛光亮杜鹃（Rhododendron nitidulum Rehd. et Wils）为研究对象，采集不同海拔（3300、2600、3900和4200米）的植物根系和土壤样品，利用高通量测序技术（Illumina MiSeq sequencing platform），阐明了不同海拔的根际土壤微生物群落变化格局及主要调控因素。研究表明：1）细菌群落丰富度和多样性随海拔增加呈先降低后增加的趋势，在3600米达到最小值；而海拔3300米处的真菌群落丰富度在显著低于其他海拔。2）不同微生物类群对环境的相应不同。在低海拔（3300和3600米），土壤养分有效性低，杜鹃具有更大的根系表面积，细菌类群中Planctomycetota占优势；而高海拔（3900和4200米）的土壤养分有效性高，杜鹃具有较低的根系表面积，真菌类群 中Mortierellomycota占优势。3）土壤含水量、pH 值、硝态氮和有效磷含量，和根系表面积和最大深度是解释根际土壤细菌和真菌群落变化的主要因素。本研究揭示了不同海拔杜鹃根际土壤微生物群落的分布格局及其驱动因子，加深了对高山灌丛生态系统的微生物学过程的理解。      上述研究结果以“Soil properties and root traits are important factors driving rhizosphere soil bacterial and fungal community variations in alpine Rhododendron nitidulum shrub ecosystems along an altitudinal gradient”为题发表在《Science of the Total Environment》 (IF=10.753）。谢路路和李琬婷为论文第一作者，尹春英研究员为论文通讯作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、四川省应用基础研究和和中国科学院重点部署项目的联合资助。
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