在過(guò)去的研究中，自養(yǎng)微生物的CO2同化功能主要聚焦于海洋、湖泊等水生生態(tài)系統(tǒng)，據(jù)報(bào)道，地球大氣中的碳大約有40%被一種遍布海洋的藍(lán)綠藻藍(lán)細(xì)菌所俘獲。自養(yǎng)微生物在土壤中也廣泛存在，能通過(guò)多種生物固碳途徑同化大氣CO2，然而，目前土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化功能尚未計(jì)算到陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程中，其同化的微生物機(jī)理研究更是處于黑箱狀態(tài)，明確土壤自養(yǎng)微生物的同化功能及其機(jī)理是目前亟待解決的科學(xué)問(wèn)題之一。
中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所土壤養(yǎng)分循環(huán)研究組應(yīng)用14CO2連續(xù)示蹤技術(shù)結(jié)合PCR克隆測(cè)序，T-RFLP及實(shí)時(shí)熒光定量PCR等分子生物學(xué)方法，研究典型農(nóng)田土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化功能及其功能種群結(jié)構(gòu)、多樣性、數(shù)量和同化功能關(guān)鍵酶（RubisCO）活性。結(jié)果表明，標(biāo)記培養(yǎng)80天后，遮光處理土壤中未檢測(cè)到14C，而光照處理土壤14C-MBC 和 14C-SOC分別為1.55―10.36 mg kg？1，8.44―64.61 mg kg？1，且均與RubisCO顯著正相關(guān)。據(jù)估算，每年土壤自養(yǎng)微生物從大氣CO2中能夠同化的碳量在4.9―37.5 g C m？2之間，推至全球陸地生態(tài)系統(tǒng)則為0.6—4.9 Pg yr–1。這部分碳可以在一定程度上為尋找迷失碳庫(kù)（‘missing C sink’ 2 Pg C yr–1）提供一種新的途徑。
利用cbbL基因分子標(biāo)記結(jié)合分子生物學(xué)方法（PCR克隆測(cè)序和T-RFLP）研究了農(nóng)田土壤固碳功能種群結(jié)構(gòu)和多樣性，主要結(jié)果表明農(nóng)田土壤固碳功能種群包括固碳細(xì)菌和藻類，其中固碳細(xì)菌的主要優(yōu)勢(shì)種群為兼性自養(yǎng)菌，而藻類以黃藻和硅藻居主導(dǎo)地位。土壤有機(jī)碳是影響農(nóng)田土壤固碳細(xì)菌和藻類的種群結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。農(nóng)田土壤細(xì)菌cbbL基因拷貝數(shù)（106―108 copies g–1 soil）遠(yuǎn)高于藻類（103―106 copies g–1 soil）。不同類型農(nóng)田土壤固碳微生物數(shù)量差異顯著，一般稻田土壤中微生物cbbL數(shù)量高于旱地土壤。遮光后固碳細(xì)菌和藻類數(shù)量顯著下降。
上述結(jié)果對(duì)現(xiàn)有碳循環(huán)途徑的認(rèn)識(shí)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。土壤里存在無(wú)法計(jì)量的自養(yǎng)微生物的CO2同化作用以及他們對(duì)全球碳循環(huán)及其緩減大氣CO2的作用都是未來(lái)非常令人興奮的問(wèn)題，我們將會(huì)繼續(xù)研究這些問(wèn)題。
上述研究結(jié)果于1月28日在美國(guó)微生物學(xué)會(huì)主辦的雜志Applied and Environmental Microbiology（IF=3.778）雜志在線發(fā)表（doi: 10.1128/？AEM.06881-11）。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家外國(guó)專家局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院知識(shí)創(chuàng)新工程青年人才領(lǐng)域前沿項(xiàng)目的資助。