东北林业大学周正虎教授团队Nature Communications｜采用18O同位素示踪技术揭示了微生物生长速率的生物地理格局

生态环境科学 · 公众号 · · 2024-11-05 09:00

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转自：生态系统生态学

2024年11月2日，东北林业大学周正虎教授在 Nature Communications 上发表了题为 “The biogeography of soil microbiome potential growth rates” 的研究论文，采用 ¹⁸ O同位素示踪技术揭示了微生物生长速率的生物地理格局，并从微生物性状角度出发建立了微生物性状和生理之间的普适关系。研究结果有助于提高我们对土壤微生物生活史策略以及微生物介导的土壤有机碳 - 气候变化反馈的理解。论文第一作者为东北林业大学生态学院周正虎教授，通讯作者为西北农林科技大学农学院任成杰教授。

本研究以全国尺度的土壤调查为基础(纬度变化范围为18.4°至53.3°N，经度变化范围为81.2°至129.0°E)，涵盖了我国典型的草地和森林生态系统。采用 ¹⁸ O同位素示踪技术测定微生物生长速率，扩增子测序量化了土壤真菌和细菌群落结构，同步探讨气候、土壤属性、微生物化学计量、微生物群落结构和基因组性状对微生物生长速率的影响。

结果发现：森林生态系统土壤微生物生长速率普遍高于草地生态系统。北方森林和高山森林土壤微生物生长速率最快，荒漠草地土壤微生物生长速率最慢。土壤微生物生长速率随着年平均温度的增加而显著降低，支持了宏观生态学中的纬度/温度补偿假说。表明来自寒冷生态系统的土壤微生物通过提高生长速率补偿低温和短生长季环境。此外，湿润地区土壤微生物生长速率要显著高于干旱地区的土壤微生物生长速率，支持了生长和干旱抗性之间的权衡关系(图1)。

图 1 气候对土壤微生物生长速率的影响

寒冷潮湿地区资源丰富 (高有机碳和养分)的酸性/中性土壤中的微生物组表现出较快的生长速率。相反，干旱和炎热地区高盐土壤中的微生物组展示出较慢的生长速率。土壤微生物生长速率沿气候、土壤和资源梯度的变化格局与宏观生态学中的纬度/温度补偿假说、生长和压力生存之间的权衡以及生长速率假说相一致。低资源可用性和高环境压力会降低微生物生长速率，支持了高产-资源获取-压力抵抗生活史策略权衡三角。微生物生长速率是土壤碳循环微生物模型中的一个关键参数，我们的大尺度研究为微生物模型提供了一套关键的微生物生理基准(图2)。