不同微生物类群参与形成的腐殖物质组成和结构特征研究

过去对土壤腐殖物质（HS）的组成和结构特征研究较多,但对不同微生物类群形成的HS在组成和结构特征上是否有区别或有何区别还不清楚；在陆生植物出现之前,光能自养型细菌是否已经形成了自然界中最原始的HS？后来植物成为主要材料来源后,HS到底是微生物"吃剩下的垃圾"？还是其"再合成产物"？还是两者兼有？本项目拟用从土壤筛选的、与HS形成转化有关的6个菌种,分细菌、放线菌和真菌3个类群,以葡萄糖、纤维素和木质素为基质进行纯培养获得菌体、细胞代谢产物,分别制备HS；另试图用蓝细菌培养制备原始的HS,用核磁共振等手段测定其组成和结构特征。同时用13C方法进行土壤模拟培养,进一步验证不同微生物对HS组成和结构特征的影响。以揭示不同微生物在纯培养或土壤条件下HS组分的形成顺序和结构特征,为HS生物化学提供基础资料,为如何通过微生物组成和环境条件预设来调控HS组成,近而调控土壤肥力和固碳提供新的理论.

过去对土壤腐殖物质（HS）的组成和结构特征研究较多，但对不同微生物类群形成的HS在组成和结构特征上是否有区别或有何区别还不清楚；在陆生植物出现之前,光能自养型细菌是否已经形成了自然界中最原始的HS？后来植物成为主要材料来源后，HS到底是微生物“吃剩下的垃圾”？还是其“再合成产物”？还是两者兼有？.本课题按计划完成了各项研究内容。从土壤中筛选了8种与HS形成转化有关的细菌、放线菌和真菌，采用土壤模拟及液体纯培养法，研究不同微生物利用不同基质（葡萄糖、纤维素、木质素、秸秆、锯末）对土壤腐殖质及菌体残留物类腐殖质组成和结构的影响。同时利用蓝细菌培养制备原始的HS，测定其产物的组成和结构特征。另外超额完成了真菌及混合菌对玉米秸秆、锯木屑类腐殖质形成和转化的影响和大型真菌及植物材料直接提取类腐殖质初步研究。结果表明：土培条件下，不同种群微生物能够对其腐殖质组分产生数量和性质的双重影响。真菌在促进有机碳的分解和形成HA、提高其缩合度方面作用显著，而细菌作用较小。液培条件下，微生物首先参与基质的降解，进而降低细胞代谢产物含碳量，同时促进自身菌体残留物累积。菌体类HA的摩尔H/C均大于1.5，远高土壤HA的1.0，属于缩合度很低的“年轻”类腐殖质。其中葡萄糖、纤维素类HA经历缩合过程；而木质素类HA是微生物对木质素结构直接氧化降解的残留物，均为腐殖质形成的有效途径，前者属微生物再合成产物；后者为微生物“吃剩下的垃圾”。 细菌可以利用葡萄糖、纤维素形成合成性类腐殖质，巨大芽孢杆菌比枯草芽孢菌效果明显；真菌可以利用木质素形成继承性类腐殖质，绿色木霉和青霉作用突出。随时间延长，纤维素孢囊链霉菌液体纯培养形成的类FA逐步转化为类HA。蓝细菌正常生长周期内自身没有形成类HA，但随着菌体的生长，代谢液的分子复杂程度增加，为细胞衰亡后化学聚合或在其他微生物作用下形成类腐殖质提供条件。.研究结果对揭示不同微生物在纯培养和土壤条件下HS组分的形成顺序和结构特征有重要价值，不仅为HS生物化学提供基础资料，还为如何通过微生物组成和环境条件预设来调控HS组成，进而调控土壤肥力和固碳提供了新的资料。