土壤氨基酸是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成成分,在土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)中起到過(guò)渡和調(diào)節(jié)作用。揭示土壤氨基酸的微生物轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)和更新過(guò)程,一方面能夠加深我們對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定化和分解過(guò)程的認(rèn)識(shí),另一方面為土壤碳、氮轉(zhuǎn)化循環(huán)研究提供新的思路。土壤氨基酸主要以游離態(tài)氨基酸和蛋白質(zhì)來(lái)源氨基酸(聚合態(tài))兩種形式存在,并以蛋白質(zhì)來(lái)源氨基酸為主。研究表明,底物的可利用性控制著土壤氨基酸的合成和分解。然而,與我們對(duì)游離態(tài)氨基酸周轉(zhuǎn)的廣泛認(rèn)識(shí)相比,碳氮可利用性的變化對(duì)土壤中蛋白質(zhì)來(lái)源氨基酸的積累和周轉(zhuǎn)的影響目前卻并不十分清楚。
為此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所何紅波研究組利用15N穩(wěn)定同位素培養(yǎng)-液質(zhì)聯(lián)機(jī)技術(shù),分別測(cè)定了15N標(biāo)記的銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)來(lái)源的13種氨基酸的合成和轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明:外源底物加入后以代謝組分的形勢(shì)被快速固持。在微生物增殖期間,土壤氨基酸的動(dòng)態(tài)和保持由加入底物可利用性的變化而非底物的靜態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征所決定。微生物利用NH4+-N合成氨基酸的數(shù)量顯著高于NO3--N,這證實(shí)了與氧化態(tài)的NO3--N相比,微生物偏愛吸收利用還原態(tài)的NH4+-N,這是因?yàn)橥?/span>NH4+-N需要較低的碳源和能源。在培養(yǎng)后期,土壤原有氨基酸發(fā)生分解表明氨基酸能夠部分礦化來(lái)滿足微生物對(duì)碳源和能源的需求,但是分解的程度受到外加氮素形態(tài)的影響。以NH4+為N源可保持較高的外源氮素固持量,同時(shí)與氨基酸的凈積累密切相關(guān);而NO3-加入則導(dǎo)致新合成的氨基酸被原有氨基酸的分解抵消,使氨基酸總量表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定。以上結(jié)果說(shuō)明能量需求調(diào)控不同形態(tài)氮素的微生物利用以及功能蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn),這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)農(nóng)田土壤氮素循環(huán)管理和調(diào)控具有重要意義。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)各氨基酸自身的化學(xué)性質(zhì),如碳氮含量、合成途徑對(duì)蛋白質(zhì)來(lái)源氨基酸的周轉(zhuǎn)影響很小,各氨基酸單體以蛋白質(zhì)的形式相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同轉(zhuǎn)化,共同控制著土壤氨基酸的更新與累積。這一發(fā)現(xiàn)與游離態(tài)氨基酸的轉(zhuǎn)化受到其自身性質(zhì)、合成途徑的控制顯著不同,為土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)研究提供了重要啟示,加深了對(duì)碳氮元素的生物地球化學(xué)循環(huán)的認(rèn)識(shí)。
以上研究成果以The transformation and renewal of soil amino acids induced by the availability of extraneous C and N為題發(fā)表在土壤學(xué)頂級(jí)刊物Soil Biology & Biochemistry上。何紅波課題組的博士生胡國(guó)慶為文章的第一作者,何紅波研究員和張旭東研究員為通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)(41130524)和面上(41271251)項(xiàng)目以及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)微生物專項(xiàng)(No. XDB15010303)資助。

15N-銨態(tài)氮(T1)和-硝態(tài)氮(T2)添加下,總氨基酸的15N豐度的動(dòng)態(tài)變化

15N-銨態(tài)氮(a)和-硝態(tài)氮(b)添加下,13種氨基酸單體的原子百分超的動(dòng)態(tài)變化




