東北地理所在長期保存的干燥土壤應用于微生物生態學研究方面取得重要進展
土壤樣品的長期保存方法一直是土壤微生物學研究的難點和熱點。新鮮土壤的超低溫冷凍保存被認為是研究土壤微生物的黃金標準，但其操作難度大，成本高，無法廣泛應用。自然風干土壤通常被認為不適于土壤微生物研究，但卻是長期保存土壤樣品的普適性方法，并被廣泛用于土壤物理化學性質測定。然而，活性微生物是保存土壤用于微生物的分離培養或功能鑒定研究的主要目標，干燥土壤和新鮮土壤中是否含有相同的活性微生物群尚屬未知，如何準確鑒定兩類土壤中的活性微生物群是一個難題。 東北地理所農田分子生態學科組研究人員利用本實驗室凍存（-80℃）7年的原位施肥土壤與其相應的自然風干土壤，采用疊氮溴化丙錠（PMA）核酸染料共價結合膜受損的死細胞DNA和游離DNA（統稱為relic DNA）來篩選活性微生物群的方法，通過分析PMA處理前后的風干土壤與凍存土壤中微生物群落的變化規律，評價長期干燥保存對土壤中活性微生物群落組成的影響。
結果表明，長期干燥保存對土壤細菌多樣性和群落結構產生顯著影響，自然風干土壤中細菌群落多樣性是凍存土的46.8%，而去除relic DNA后的風干土壤細菌多樣性恢復了13.3%且明顯減小了與凍存土細菌群落結構的差異（圖1）。風干土壤保存了超過90%序列數的細菌門，但在屬水平上細菌對干燥壓力產生差異性應對策略（圖2）。盡管如此，土壤干燥保存沒有顯著改變長期施肥對土壤細菌多樣性、群落結構和群落抗性影響的遺留效應，即長期化肥添加顯著改變了細菌群落結構且降低了細菌群落多樣性。此外，土壤干燥保存減弱了細菌共線性網絡結構的穩定性，但去除relic DNA后的風干土壤明顯恢復了微生物網絡特性。該研究提出了利用PMA核酸染料去除土壤中relic DNA的方法可改善長期干燥保存對土壤微生物群落的負面影響，同時施肥對土壤細菌的遺留效應在保存長達7年的風干土壤中仍可檢測到，表明長期保存的歷史土壤樣品或可用于不同農業管理下土壤微生物分子生態學研究。
圖1 PMA處理前后干燥土壤與凍存原位土壤細菌群落的差異比較
圖2 PMA處理前后干燥土壤與凍存原位土壤細菌屬的共性和異性
研究成果近期發表在國際環境科學與生態學期刊《Soil and Tillage Research》（7.366），農田分子生態學科組副研究員胡曉婧為第一作者，王光華研究員和賈仲君研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（41907035）、中國科學院青年創新促進會（2023237）和中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28020201）等項目的資助。
論文信息：Hu Xiaojing, Jia Zhongjun, Liu Junjie, Gu Haidong, Zhou Baoku, Wei Dan, Jin Jian, Liu Xiaobing, Wang Guanghua. The preservation of bacterial community legacies in archived agricultural soils. Soil and Tillage Research. 2023. 231, 105739.
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吉公網安備22017302000214號
