土壤細菌群落多樣性和酶動力學過程研究獲進展
人類活動導致的氮沉降上升威脅著全球陸地生態系統生物多樣性。土壤細菌群落多樣性占陸地生物多樣性的很大比例，對於調節陸地生物地球化學循環和生態系統功能至關重要。已有研究發現，土壤細菌群落多樣性和結構受植物群落的影響，但不確定土壤細菌對氮沉降的響應是否與地上植物群落的響應一致。因此，探討土壤細菌和植物群落對氮沉降響應的異同及互作機制，對預測未來氮富集背景下植物與微生物之間的相互作用具有重要的科學意義。
中國科學院植物所劉玲莉研究組基於內蒙古溫帶草原多水平氮素添加試驗平台，採用高通量測序和整合分析等方法，研究草地土壤細菌和地上植物群落對於外源氮輸入的響應。研究發現，隨著外源氮輸入的增加，植物多樣性呈線性下降。然而，細菌多樣性對氮輸入呈非線性響應，當氮輸入量超過32 g N m-2y-1，細菌多樣性急劇下降，群落結構發生變化。結合同一研究區域中的4個多梯度氮添加實驗的整合分析，進一步證實了細菌多樣性對氮輸入的非線性響應和閾值。研究人員分析發現，氮沉降下土壤細菌多樣性和群落結構發生改變的機理不同。細菌多樣性的喪失主要歸因於土壤pH值降低，而細菌群落結構變化則由可利用氮增加、土壤酸化和植物群落改變共同調控，細菌群落由貧營養菌群向富營養菌群轉變。該研究證實了植物群落和土壤細菌群落對氮富集的不同響應，發現土壤細菌多樣性和群落組成對外源氮輸入水平存在的閾值，為深入理解氮沉降下植物-微生物相互作用提供了新認識。
此外，研究人員通過分析土壤微生物水解和氧化酶的動力學過程參數Vmax和Km，發現外源氮輸入下微生物呼吸降低由β-葡萄糖苷酶的Vmax和Km的降低直接調控。該結果否定了「氮沉降通過抑制酚氧化酶而減緩陸地生態系統土壤有機碳分解」的傳統認知，為剖析土壤有機碳分解的微生物調控過程提供了新視角。
以上兩項研究成果分別發表在Ecology和Soil Biology and Biochemistry上。副研究員劉衛星為論文第一作者，研究員劉玲莉為論文通訊作者。研究工作受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等的資助。
圖1.土壤細菌多樣性對氮輸入的響應
圖2.細菌群落組成對氮輸入響應的調控機制
來源：中國科學院植物研究所
