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土壤微生物里 也有“超级英雄”

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  • 2019-09-02
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  每一克土壤里就有数十亿微生物存在,当土壤里的空间和营养不足时,微生物们便开启“适者生存模式”,有的能够固氮,有的则能降解有机污染物,帮其他羸弱的微生物存活下去。近日,科技日报记者从南京农业大学获悉,国际著名综合性期刊《Nature Communications》在线发表了该校资源与环境科学学院土壤微生物与有机肥团队,有关土壤微生物群落装配和生态功能影响机制的研究成果。

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  由于土壤微生物的种类复杂,又难于培养,长期以来,人类对土壤微生物的多样性及其生态功能认识不深,只能用“黑箱”来概括。

  近年来,土壤微生物多样性的重要生态功能、多样性损失,以及对生态系统的威胁,逐渐引起各国政府和许多国际组织的重视。

  论文的第一作者、南京农业大学资源与环境科学学院副教授荀卫兵,针对农田土壤的微生物群落,用“微宇宙”培养结合宏基因组测序的方法,监测到微生物群落的功能基因组成。

  研究发现,土壤微生物群落中的“特异性”功能,是决定群落装配过程的关键,也是维持微生物群落稳定的重要基础。所谓“特异性”功能,就是仅由少数微生物功能群“持有”的功能,如土壤氨氧化过程、有机污染物降解等功能。

  他介绍,研究人员将微生物的“种子”放到土壤里繁殖,此时的营养和空间位充足,微生物随机生长、繁殖、死亡,群落遵循随机装配过程。但当土壤所能容纳的微生物群落数量达到上限时,空间和营养条件受限,微环境的pH值、含水量、养分含量等都会变化,环境选择压力增加,微生物们生存堪忧,这时,只有土壤微生物多样性较高、能够“持有”和“表达”更多“特异性”功能时,群落才能适应环境。

  荀卫兵举了个例子,例如固氮微生物,当土壤中有效氮元素不足时,它们能把空气中的氮气变成微生物可以利用的氨态氮,为其他微生物和植物的生长提供氮源。又例如农田中有农药或者重金属残留,有些微生物能降解有机污染物或者钝化重金属离子,可以使其他类群免受毒害作用。土壤中持有“特异性”功能的微生物,就像“超级英雄”一样,在微生物群落面临危机时挺身而出。

  在荀卫兵看来,该研究提出的“特异性”功能微生物多样性,在影响土壤微生物群落装配过程和维持土壤生态系统服务功能中的重要作用,对破译土壤微生物多样性和系统生态功能之间的关系,具有重要的科学意义。

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