東北地理所在東北黑土帶稻田土壤微生物碳代謝特征地理分布格局與適應(yīng)策略研究中取得重要進(jìn)展
稻田作為一種最廣泛的人工濕地，是地球上最重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)之一。土壤有機(jī)碳（SOC）是反映土壤肥力特性的綜合指標(biāo)，是全球土壤微生物生物地理格局的通用預(yù)測因子。水稻土作為重要的碳匯，其土壤有機(jī)碳（SOC）固存效率比旱地土壤高39%-127%。SOC儲量反映了微生物對有機(jī)質(zhì)的同化與分解之間的微妙平衡，多重微生物過程的復(fù)雜互作驅(qū)動土壤碳循環(huán)的代謝網(wǎng)絡(luò)。然而，空間尺度上水稻土中微生物對土壤碳異質(zhì)性的適應(yīng)性進(jìn)化和調(diào)控策略仍屬未知。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員針對東北典型黑土帶120個水稻土樣品，利用宏基因組測序技術(shù)，探究碳代謝微生物地理分布格局及其功能調(diào)控特征。研究表明，微生物碳功能與基因組分類水平均呈現(xiàn)顯著的距離衰減關(guān)系（DDRs）。微生物碳代謝特征可聚類為兩組：HCS代表高緯度地區(qū)總碳（TC）含量較高的土壤，而LCS為低緯度地區(qū)碳含量較低的土壤。與HCS相比，LCS中涉及有氧呼吸、碳固定和甲烷生成的碳循環(huán)途徑豐度更高，且碳水化合物酯酶（CE）和糖基轉(zhuǎn)移酶（GT）類活性更強(qiáng)，說明含碳量較低的黑土中微生物碳代謝能力更強(qiáng)（圖1）。
利用基因組組裝技術(shù)構(gòu)建了211個具有多樣碳代謝功能基因組（MAGs），其中高質(zhì)量MAG292豐度（歸屬于Nanopelagicales目）與TC呈顯著正相關(guān)；而MAG153（歸屬于Chitinophagales目）則呈現(xiàn)相反趨勢。進(jìn)一步構(gòu)建了133個新型病毒基因組（vMAGs），其中phage11、phage16、phage26和phage120在LCS中豐度較高，這些病毒攜帶參與幾丁質(zhì)降解的chiA和GH19基因；而phage89在HCS中豐度較高，其攜帶調(diào)控肽聚糖裂解的slt和GH23基因。綜合以上結(jié)果，在東北黑土帶的高緯度地區(qū)，土壤病毒可能通過編碼肽聚糖裂解酶裂解細(xì)菌，釋放養(yǎng)分并增加死亡微生物殘體，從而促進(jìn)土壤碳積累；而在低緯度地區(qū)，病毒與微生物可能通過表達(dá)參與幾丁質(zhì)降解的輔助代謝基因（AMGs）間接降低了土壤總碳含量（圖2）。本研究揭示了中國黑土區(qū)水稻土微生物對土壤碳異質(zhì)性的差異化適應(yīng)進(jìn)化與碳調(diào)控策略。
研究成果發(fā)表在國際期刊《Geoderma》（IF: 5.6）上，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組胡曉婧副研究員為第一作者，王光華研究員為通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2022YFD1500201）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2023237）共同資助。
Hu X.,Gu H.,Semenov M.,Wang Y.,Zhang J.,Yu Z.,Li Y.,Liu J.,Jin J.,Liu X.,Wang G. Biogeographic patterns and adaptive strategies of microbial carbon metabolic profiles in paddy soils in the Chinese Mollisol region. Geoderma. 2025,117265
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2025.117265
圖1 區(qū)域尺度下黑土微生物的碳代謝分異特征
圖2 病毒-宿主協(xié)同適應(yīng)與調(diào)控黑土碳代謝
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號
