由中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程方向研究團(tuán)隊(duì)近日在亞熱帶紅壤不同土地利用方式的土壤固碳微生物（細(xì)菌和藻類）豐度和多樣性研究方面取得了新進(jìn)展。
土壤微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)及其多樣性受植被類型、土壤類型、土地利用方式等多種因素的影響而發(fā)生演變。特別是不同土地利用方式會(huì)對(duì)土壤的物質(zhì)組成和營(yíng)養(yǎng)平衡等產(chǎn)生一系列的作用，進(jìn)而導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。土壤微生物在推動(dòng)土壤碳循環(huán)過程方面發(fā)揮著重要作用，因此，研究不同土地利用方式下土壤固碳微生物（細(xì)菌和藻類）的數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)及其多樣性對(duì)認(rèn)識(shí)土壤固碳能力及碳匯效應(yīng)、促進(jìn)土地資源可持續(xù)利用具有重要意義。
基于此，該團(tuán)隊(duì)選取亞熱帶丘陵區(qū)四種典型不同土地利用方式的土壤（森林、稻田、玉米旱地和茶園土壤），通過末端限制性片段長(zhǎng)度多肽性分析（T-RFLP）與定量PCR等分子生物學(xué)技術(shù)，探討了其固碳關(guān)鍵功能微生物（細(xì)菌和藻類）的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量與多樣性，同時(shí)還量化了卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶RubisCO酶編碼的固碳功能基因（cbbL）的數(shù)量特征及其對(duì)不同土地利用方式的響應(yīng)與反饋機(jī)制。結(jié)果表明，不同土地利用方式顯著影響固碳微生物（細(xì)菌和藻類）功能基因cbbL的豐度，稻田土壤的cbbL的豐度最高，可達(dá)到4.33×108 copies g-1，而茶園土壤的最低，其細(xì)菌和藻類的cbbL數(shù)量分別為0.98×108和0.23×106 copies g-1。T-RFLP分析表明，不同土地利用方式下，細(xì)菌cbbL的優(yōu)勢(shì)種群有T-RFs 60 b.p.（相對(duì)豐度12%―35%）和128 b.p.（相對(duì)豐度23%―29%）。不同土地利用方式下的固碳細(xì)菌主要為兼性自養(yǎng)菌，包括分枝桿菌、沼澤紅假單胞菌、慢生根瘤菌產(chǎn)堿桿菌等。然而一些豐度較小的片段在不同土地利用方式下的土壤中的分布也不均衡，差異有的達(dá)到極顯著水平，如T-RF 23 b.p.，28 b.p.，40 b.p.，51 b.p. 等在茶園土壤中并未出現(xiàn)。而藻類cbbL的優(yōu)勢(shì)種群則主要集中在T-RFs 123 b.p.，132 b.p.，148 b.p. 和 382 b.p.。這些片段與已知種屬藻類末端片段吻合，它們分別為黃藻，硅藻和紅藻等。而且，主成分分析（PCA）表明土壤有機(jī)碳和全氮是影響土壤細(xì)菌cbbL的種群結(jié)構(gòu)、豐度及其多樣性的決定性因素，而土壤全磷含量則是影響藻類cbbL的主要因素。該研究深化了我們對(duì)不同土地利用方式下紅壤微生物固碳的生物學(xué)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
上述研究成果以題為Abundance and diversity of CO2-assimilating bacteria and algae within red agricultural soils are modulated by changing management practice發(fā)表在Microbial Ecology（DOI: 10.1007/s00248-015-0621-8）。審稿人和編輯認(rèn)為“該研究利用T-RFLP與定量PCR技術(shù) ，是一項(xiàng)加深農(nóng)業(yè)土壤碳固定微生物機(jī)制的創(chuàng)新性工作，……結(jié)果非常有趣和有用”（This is an excellent report of interesting and relevant research on the biodiversity of CO2-assimilating bacterial and algal communities in soils. The use of quantitative PCR and T-RFLP of the cbbL gene produced interesting data on microbial autotrophic CO2 fixation that is important for agriculture and carbon sequestration, worldwide.）。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。