生物固碳是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最直接有效的二氧化碳固定途徑，其中具有固碳功能的微生物分布廣泛，它們有很強的環(huán)境適應能力，從整個生物圈的物質(zhì)、能量流來看，二氧化碳的微生物固定是一支絕不容忽視的生物固碳力量。因此，研究微生物固定二氧化碳的生態(tài)環(huán)境效應具現(xiàn)實意義。cbbL基因編碼的核酮糖-1, 5-二磷酸梭化酶/加氧酶（RubisCO）是卡爾文循環(huán)中的關鍵酶，該酶催化卡爾文循環(huán)中的第一步CO2固定反應。然而，目前關于固碳自養(yǎng)菌cbbL基因的分子生態(tài)學研究主要集中在旱作系統(tǒng)，對于稻田土壤，特別是長期不同施肥制度對稻田土壤固碳自養(yǎng)菌群落及多樣性影響的研究未見報道。
中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員吳金水研究組以湖南寧鄉(xiāng)、桃江、望城國家級稻田肥力變化長期定位試驗為平臺，采用PCR-克隆測序和實時熒光定量（Real-time）PCR技術，研究不施肥（CK），氮磷鉀肥（NPK）和秸稈還田（NPKS）3種長期施肥制度對稻田土壤固碳自養(yǎng)菌群落結構及數(shù)量的影響。通過分析固碳細菌cbbL基因文庫發(fā)現(xiàn)，三個地點的cbbL含有的細菌群落以兼性自養(yǎng)菌為主，如沼澤紅假單胞菌，Bradyrhizobium japonicum和氧產(chǎn)堿桿菌。長期施肥導致土壤固碳自養(yǎng)菌種群結構產(chǎn)生了明顯差異，NPK和NPKS處理中兼性自養(yǎng)固碳菌群落優(yōu)勢增加而嚴格自養(yǎng)固碳菌生長受到抑制。細菌cbbL基因拷貝數(shù)（3–8？×？108 copies g soil？1）與稻田土壤固碳關鍵酶Rubisco活性（0.40–1.76 nmol CO2 g soil？1min？1）活性呈顯著相關性，并且隨著施肥量的增加而增大。ACC分析表明，土壤有機碳含量和pH是細菌cbbL群落組成、豐度、多樣性等最重要的影響因子。上述結果表明了長期施肥對土壤固碳細菌群落結構，多樣性及數(shù)量均有顯著的影響。本研究結果可為深入探討稻田土壤微生物固碳潛力及其影響機理提供有力的依據(jù)。
該研究結果于12月11日在Applied Microbiology and Biotechnology雜志在線發(fā)表 (DOI: 10.1007/s00253-011-3760-y)。該研究組的博士研究生袁紅朝是該論文的第一作者。該研究得到了中國科學院、國家外國專家局創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃、國家自然科學基金委和中科院知識創(chuàng)新工程青年人才領域前沿項目的資助。