黄懿梅教授团队在微生物介导的土壤碳循环研究领域取得新进展

明确自然生态系统中微生物群落、功能和环境条件之间的联系对于理解土壤有机碳的形成至关重要。根据“碳泵”理论，植物死亡生物量转化为土壤有机质实质是一个土壤微生物通过“体内周转”和“体外修饰”进行调控的过程。然而，不同植被类型土壤中的碳输入是有差异的，微生物降解不同来源生物量的机制及其对有机碳组分的影响尚不清晰。

近日，资环学院黄懿梅教授团队在土壤科学领域著名期刊Soil Biology and Biochemistry上发表题为“Shifts in C-degradation genes and microbial metabolic activity with vegetation types affected the surface soil organic carbon pool”的研究论文。该文选择黄土高原3种植被类型土壤，利用宏基因组测序和C-降解基因的高通量定量PCR，从编码碳水化合物酶（CAZymes）的功能基因的角度，研究了植物和微生物生物量的降解，以阐明不同植被类型下土壤碳周转的微生物过程。

研究发现植被类型的变化影响了微生物群落结构和某些细菌类群的分布：从草地到森林土壤，优势细菌类群从寡营养型（放线菌群）向富营养型（变形菌群）转变。植被类型决定了微生物CAZyme基因家族的差异:森林土壤中降解木质素和几丁质基因的绝对丰度比草地高20% ~ 32%；降解肽聚糖基因的相对丰度比草地高70%；降解半纤维素和纤维素基因的绝对丰度比草地低14% ~ 17%。功能酶活性受碳降解基因的调控，C-水解酶和C-氧化酶的活性随植被类型而变化。乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和酚氧化物酶（PPO）活性是影响POC含量的重要因素。从草地到林地，微生物代谢活性（qCO₂）降低，促进了土壤有机碳的积累。综上所述，降解不同碳源CAZyme基因的改变通过微生物“碳泵”过程影响微生物的代谢活性，促进不同植被类型土壤有机碳及其组分的形成。这些结果丰富了碳泵理论“体外修饰”的具体过程，为认识不同植被类型土壤中有机碳固存的差异提供了数据支撑和理论基础。

博士研究生黄倩为论文第一作者，黄懿梅教授为该论文通讯作者，西北农林科技大学资源环境学院为第一单位，水土保持科学与工程学院安韶山研究员、草业与草原学院王宝荣博士、美国亚利桑那大学Isaac Dennis Amoah教授也对本研究做出了贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、陕西省博士后科学基金等项目的联合资助。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071724000609?dgcid=author

编辑：赵杰

终审：李志