在過去的研究中，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)報道，地球大氣中的碳大約有40%被一種遍布海洋的藍綠藻藍細菌所俘獲。自養(yǎng)微生物在土壤中也廣泛存在，能通過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同化功能尚未計算到陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程中，其同化的微生物機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理是目前亟待解決的科學問題之一。
中科院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所土壤養(yǎng)分循環(huán)研究組應用14CO2連續(xù)示蹤技術結合PCR克隆測序，T-RFLP及實時熒光定量PCR等分子生物學方法，研究典型農田土壤自養(yǎng)微生物的CO2同化功能及其功能種群結構、多樣性、數(shù)量和同化功能關鍵酶（RubisCO）活性。結果表明，標記培養(yǎng)80天后，遮光處理土壤中未檢測到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。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（‘missing C sink’ 2 Pg C yr–1）提供一種新的途徑。
利用cbbL基因分子標記結合分子生物學方法（PCR克隆測序和T-RFLP）研究了農田土壤固碳功能種群結構和多樣性，主要結果表明農田土壤固碳功能種群包括固碳細菌和藻類，其中固碳細菌的主要優(yōu)勢種群為兼性自養(yǎng)菌，而藻類以黃藻和硅藻居主導地位。土壤有機碳是影響農田土壤固碳細菌和藻類的種群結構的主要環(huán)境因子。農田土壤細菌cbbL基因拷貝數(shù)（106―108 copies g–1 soil）遠高于藻類（103―106 copies g–1 soil）。不同類型農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。遮光后固碳細菌和藻類數(shù)量顯著下降。
上述結果對現(xiàn)有碳循環(huán)途徑的認識構成了挑戰(zhàn)。土壤里存在無法計量的自養(yǎng)微生物的CO2同化作用以及他們對全球碳循環(huán)及其緩減大氣CO2的作用都是未來非常令人興奮的問題，我們將會繼續(xù)研究這些問題。
上述研究結果于1月28日在美國微生物學會主辦的雜志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。