科研 | ISME：落叶林土壤中微生物分解的小秘密

本文由殷继忠编译，董小橙、江舜尧编辑。

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导读

森林土壤包含着重要的陆地碳（C）资源，C主要固定在植物衍生物中。微生物是森林中C流动的主要影响因素，并通过分解凋落物进一步平衡生态系统中的碳含量。结果证明真菌和细菌都参与了土壤中C矿化过程。真菌分解者适用于植物生物质化合物，而在分解过程中发现细菌同样占据着重要地位。这些结果对已有的碳单向流动食物网和真菌在有机物分解中占优势的假设提出了质疑。

论文ID

原名：Decomposer food web in a deciduous forest shows high share of generalist microorganisms and importance of microbial biomass recycling

译名：落叶林分解者食物网中展现出微生物的高比例和微生物生物质再循环的重要性

期刊：The ISME Journal

IF：9.664

发表时间：2018年

通信作者：Ruben López-Mondéjar

通信作者单位：Institute of Microbiology of the CAS

实验设计

作者通过¹³C标记的方法，追踪微生物在土壤微环境中的呼吸、生物量生产和C积累过程。利用高通量测序技术分析真菌和细菌的群落结构，探究温带森林土壤中不同来源的碳在微生物分解者食物网中的流动过程。

实验内容

1. 微生物群落对底物的响应

葡萄糖，半纤维素和真菌生物量添加后发现二氧化碳产量最高（图1a）。产生呼吸作用最强的底物也表现出最高的¹³CO₂产量（图1b）。在添加半纤维素之后，磷脂脂肪酸（PLFA）显着增加（图1d）。在葡萄糖和半纤维素处理中的微生物生物质中均检测到¹³C存在，而在纤维素处理中含量略低。只有在半纤维素处理14天后才记录到比对照更高的总PLFAT（PLFA molecules）。由于真菌与细菌生物量比中的¹³C在所有处理中都高于对照，且真菌从葡萄糖，纤维素和半纤维素中比细菌吸收了更多的¹³C（图1f）。

图1 不同底物添加后土样的呼吸情况和微生物生物量

2. 微生物群落对植物和微生物碳的积累

在7天和21天之间发现利用不同来源C的微生物群落结构存在显着差异（图2a）。除半纤维素和葡萄糖外，真菌群落均随时间而发生变化（图2a）。子囊菌是利用植物生物质最丰富的门类，但特别是细菌生物量方面，被孢毛霉亚门则占主导地位。细菌生物量分解相关的细菌群落更具特异性。降解纤维素和植物生物量的细菌群落随着时间的推移发生显著变化（图2a）。利用细菌生物量的细菌主要由γ-变形菌和β-变形菌组成，而其他底物则富含拟杆菌和放线菌。¹³C微生物群落中的物种丰富度和均匀度通常小于对照组，但是随着时间的推移不断增加。

图2 a.不同底物土壤真菌和细菌群落碳积累情况的NMDS分析；b.累积碳的真菌和细菌OTUs比例

3. 微生物分解者和微生物利用的碳源

通过复合生物质底物积累C的微生物中发现，大多数真菌从植物生物量中积累C，使用真菌生物量的较少，且仅有36％使用细菌生物量。细菌积累C主要来自真菌生物量，使用植物生物量较少，细菌生物量最少。在三种复合生物质底物中23％的真菌和18％的细菌均能进行C的累积（图2b）。在63个细菌和30个真菌属中均检测到¹³C的存在，其中大多数菌属发现有不同来源碳的存在（图3）。利用微生物生物量的细菌菌属所占比例更高：60％能够从真菌生物量积累C，33％能够从细菌生物量积累C，而真菌菌属仅占37％和17％。对比来看绝大多数真菌属能够利用植物生物量，但这一比例仅为细菌的65％（图3）。

图3 不同处理下细菌与真菌属水平相对丰度比较

图4 腐生菌和真菌对碳利用率的偏好概念模型

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