土壤微生物的碳利用效率是描述微生物活性的重要指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)引入微生物碳利用效率的模型能夠更準(zhǔn)確的預(yù)測土壤碳循環(huán)過程。微生物碳利用效率的測定一直受到研究方法的限制。最新一些研究將18O標(biāo)記的水加入土壤后進(jìn)行培養(yǎng)，分析微生物DNA中18O的變化以獲得微生物的生長速率，進(jìn)而計算微生物的碳利用效率。這種方法的前提假設(shè)是：微生物DNA復(fù)制過程中的氧元素全部來自于水。但是微生物也可能利用土壤有機(jī)質(zhì)中的氧。因此，該方法的基本假設(shè)需要實驗給予證明。
生物地球化學(xué)組以長白山溫帶森林土壤研究對象，利用18O標(biāo)記的葡萄糖和18O標(biāo)記的水作為兩種不同的氧源，分析兩者對微生物DNA復(fù)制過程中氧元素的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明：1）添加18O標(biāo)記物后，微生物的18O-DNA豐度在48小時后達(dá)到最高值后開始降低（圖1），表明利用此方法分析微生物碳利用效率的培養(yǎng)時間不應(yīng)超過48小時；2）通過混合模型計算得出，新形成的微生物DNA中8.3%的氧元素來自于葡萄糖，91.7%來自于水（圖2）。由于葡萄糖是土壤中比較容易被微生物利用的有機(jī)物，當(dāng)考慮整個土壤有機(jī)質(zhì)庫時，其對微生物DNA中O元素的貢獻(xiàn)應(yīng)該低于8.3%，而更多的氧來自于土壤水。因此，本研究結(jié)果表明：利用18O-H2O培養(yǎng)法來估算微生物生長和碳利用效率時的基本假設(shè)是正確的，但我們建議用轉(zhuǎn)換因子計算最終的碳利用效率將更為準(zhǔn)確。
圖1加入20%的18O標(biāo)記水或葡萄糖后微生物DNA中18O的原子百分超隨時間的變化規(guī)律
圖2加入18O標(biāo)記水或葡萄糖后微生物DNA中18O的原子百分超隨加入標(biāo)記物豐度的變化
研究成果以“Evaluation of the 18O-H2O incubation method for measurement of soil microbial carbon use efficiency”為題，發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。曲聆瑞為第一作者，白娥教授和王超副研究員為共同通訊作者。該研究得到了中科院前沿科學(xué)項目、基金委重點項目、優(yōu)秀青年項目和中科院青促會項目等的支持。
