大豆光合碳在黑土中转化的微生物分子生态特征

The soil microbial communities greatly affect the underground process of transformation from photosynthetically-fixed C to organic matter. The information on soil microbes that matebolize fixed C has important implications for the contribution of fixed C to soil organic C pools. This study will investigate how microbes act in turnover of fixed C by soybean grown in Mollisols in Northeast China.As 13CO2 labeling to soybean plants,the 13C can incorperate into soil microbial DNA. Thus the 13C-DNA can be extracted by ultra-centrifuge. With qPCR, PCR-DGGE and coloning techniques further employed, the dynamics of microbial communities that utilize rhizodoposits will be investigated. After maturity, how soil microbes decompose residues will be assessed as well. With comparison between different residues and between two soils differing in organic mater content, the characteristics of these residue-fed mcirobes will be detected, including microbial respiration, abundances of bacteria and fugi, and their structures. Moreover, the response of microbes to a temperature regime will be examined during the decomposition of residues. In this study, how soil microbes couple with turnover of fixed C under different conditions will be specifically addressed in this study, which is essential to understand the mechanism of how soybean fixed C acts in the C cycling of agro-ecosystem in Mollisols.

土壤微生物群落特征很大程度上决定了植物光合碳在土壤中向有机质转化的进程，解析利用光合碳的微生物特征是揭示光合碳对土壤有机碳库贡献规律的关键。本项目拟开展东北黑土区大豆光合碳在土壤中转化的微生物特征研究，13CO2标定大豆植株，进而示踪利用大豆光合碳的微生物，提取分离微生物13C-DNA，并结合研究土壤微生物群落特征的qPCR、PCR-DGGE及克隆鉴定技术，揭示全生育期间利用根际沉积碳的微生物群落结构动态变化规律；阐释成熟后参与腐解（13C标记）过程的土壤微生物的种群特征，比较不同残体降解，以及在不同有机质黑土中残体降解的微生物呼吸特征、细菌真菌丰度消长及群落结构差异，并解析不同土壤中腐解残体的微生物对温度的差异响应。探讨不同条件下黑土微生物与光合碳转化的耦合关系，这对于系统揭示大豆光合碳参与黑土农业生态系统碳循环的机理有重要价值。

土壤微生物是决定植物光合碳向有机质转化主要驱动因子，解析利用光合碳的微生物生态特征是揭示光合碳在土壤中转化机制的关键。此研究通过利用13C同位素示踪技术和Illumina测序技术对大豆生育期内的光合碳及成熟后残体碳转化过程及土壤细菌群落特征进行研究，结果如下：.分析利用植物光合碳的根际微生物群落结构表明，与高有机质土壤相比，Pseudomonas、Aquincola、Dechloromonas、Delftia、Magnetospirillum、Psychrobacter、Massilia、Ochrobactrum、Pseudoxanthomonas、Amycolatopsis和 Niastella等菌属在低有机质土壤中的丰度较高，而Enhydrobacter、Burkholderia、Azoarcus、Flavisolibacter、Propionibacterium和Staphylococcus等菌属却较低。利用植物光合碳的根际细菌群落功能差异较大。.利用13C标记的大豆叶片、茎秆和根，解析了残体碳对土壤碳库的贡献，贡献度为根>茎秆>叶片。根残体对粗土壤颗粒有机碳（Coarse-POC）、细土壤颗粒有机碳（Fine-POC）和矿物结合态有机碳（MOC）贡献量分别为49.5，17.2和5.0 g残体-C kg-1 soil，显著高于茎秆和叶片。表明根和茎秆对维持黑土有机碳稳定性起着重要的作用。在残体碳转化过程中，微生物群落结构因大豆残体类型和培养时间而变化。Chitinophaga、Bacillus、Streptomyces、Niastella和Nonomuraea等菌属对残体呈正效应。 .残体在不同黑土中转化规律不同，残体碳在高有机质含量黑土中的Coarse-POC、Fine-POC和MOC的量分别是低有机质含量黑土中的4.8，4.0和1.7倍。而且高有机质土壤SOC的更新转化率较高。Xanthomonas、Sphingomonas和uncultured-Gemmatimonadaceae 在高有机质含量土壤中较多。典型相关分析（CCA）分析揭示了土壤微生物群落和各碳库的碳积累关系密切。 .此研究明确了光合碳转化过程中微生物群落结构特征，对于阐明碳循环的微生物学机制，解析不同生物和环境条件下土壤是碳源还是碳汇的问题有重要的理论价值。