酸性土壤真菌异养硝化作用强度及其分子生态机制研究

Heterotrophic nitrification plays an important role on nitrogen cycling in acid soil, but its microbial and molecular ecological mechanisms are still not so clear. In this study, fungal nitrification was quantified using stable isotope labelling and biological inhibition methods. The relationship of heterotrophic nitrification rate to nitrogen fertilizer utilization and soil physic-chemical properties, and the relative contribution of fungal nitrification were analysed. The traditional culture and state-of-the art molecular techniques were used to determine the fungal community with the ability of heterotrophic nitrification, and the adaptive mechanism of these fungi in acid soils. The objective of this project is to understand microbial molecular mechanism of fungal nitrification, assist in improving nitrogen fertilizer utilization, decreasing nitrogen pollution and protecting acid soil ecosystem.

异养硝化作用是酸性土壤氮素循环的重要过程，然而其中的功能微生物和分子生态机理尚不清楚。本项目以真菌异养硝化过程为研究对象，采用生物抑制剂法和同位素标记法对异养硝化作用进行量化；结合土壤理化性质和施氮管理等特征，明确真菌对酸性土壤异养硝化的相对贡献。采用分离培养和新兴分子生物学测试技术，分析土壤异养硝化真菌的群落组成，研究酸性土壤中异养微生物与生物环境、非生物环境之间的相互作用及适应机理，明确真菌异养硝化作用的分子生态机制，为提高氮肥利用效率、减少氮素环境污染效应及促进酸性土壤生态系统良性循环提供科学依据。

酸性土壤中真菌对异养硝化作用起着重要作用。本项目选择代表性酸性土壤样品，应用分离培养、稳定性同位素标记、生物抑制剂、周转模型、定量PCR、克隆分析和高通量测序等一系列传统和现代分子生态技术，研究了酸性土壤中真菌对土壤氮素转化及异养硝化的相对贡献、主要环境驱动因子及其分子生态机制。研究表明，异养硝化微生物在酸性土壤中广泛存在。应用选择性培养基，分离纯化出两株异养硝化微生物，它们均在pH3.5的培养基上具有较强的氨氧化活性。真菌硝化作用与作物种植年限、土地利用方式和外源添加物质等因子密切相关，不同年限的酸性茶园土中均以自养硝化为主，而酸性森林中异养硝化起主要贡献，这很可能与氮肥投入不同有关。比较细菌和真菌氮素转化机制表明，真菌膜转运系统为了防止NO等次级代谢产物对细胞膜的伤害，而对其进行包裹和氧化还原最终转运出胞外。