亚热带所土壤自养微生物二氧化碳同化功能及其功能种群研究进展

作者：桃源站   更新时间：2012-05-07

在过去的研究中，自养微生物的CO₂同化功能主要聚焦于海洋、湖泊等水生生态系统，据报道，地球大气中的碳大约有40%被一种遍布海洋的蓝绿藻蓝细菌所俘获。自养微生物在土壤中也广泛存在，能通过多种生物固碳途径同化大气CO₂，然而，目前土壤自养微生物的CO₂同化功能尚未计算到陆地生态系统碳循环过程中，其同化的微生物机理研究更是处于黑箱状态，明确土壤自养微生物的同化功能及其机理是目前亟待解决的科学问题之一。

　　中科院亚热带农业生态研究所土壤养分循环研究组应用¹⁴CO₂连续示踪技术结合PCR克隆测序，T-RFLP及实时荧光定量PCR等分子生物学方法，研究典型农田土壤自养微生物的CO₂同化功能及其功能种群结构、多样性、数量和同化功能关键酶（RubisCO）活性。结果表明，标记培养80天后，遮光处理土壤中未检测到¹⁴C，而光照处理土壤¹⁴C-MBC 和 ¹⁴C-SOC分别为1.55―10.36 mg kg⁻¹，8.44―64.61 mg kg⁻¹，且均与RubisCO显著正相关。据估算，每年土壤自养微生物从大气CO₂中能够同化的碳量在4.9―37.5 g C m⁻²之间，推至全球陆地生态系统则为0.6—4.9 Pg yr^–1。这部分碳可以在一定程度上为寻找迷失碳库（‘missing C sink’ 2 Pg C yr^–1）提供一种新的途径。

　　利用cbbL基因分子标记结合分子生物学方法（PCR克隆测序和T-RFLP）研究了农田土壤固碳功能种群结构和多样性，主要结果表明农田土壤固碳功能种群包括固碳细菌和藻类，其中固碳细菌的主要优势种群为兼性自养菌，而藻类以黄藻和硅藻居主导地位。土壤有机碳是影响农田土壤固碳细菌和藻类的种群结构的主要环境因子。农田土壤细菌cbbL基因拷贝数（10⁶―10⁸ copies g^–1 soil）远高于藻类（10³―10⁶ copies g^–1 soil）。不同类型农田土壤固碳微生物数量差异显著，一般稻田土壤中微生物cbbL数量高于旱地土壤。遮光后固碳细菌和藻类数量显著下降。

　　上述结果对现有碳循环途径的认识构成了挑战。土壤里存在无法计量的自养微生物的CO₂同化作用以及他们对全球碳循环及其缓减大气CO₂的作用都是未来非常令人兴奋的问题，我们将会继续研究这些问题。

　　上述研究结果于1月28日在美国微生物学会主办的杂志Applied and Environmental Microbiology（IF=3.778）杂志在线发表（doi: 10.1128/ AEM.06881-11）。该研究得到了中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划、国家自然科学基金委和中科院知识创新工程青年人才领域前沿项目的资助。