土壤微生物的碳利用效率是描述微生物活性的重要指標,研究發(fā)現(xiàn)引入微生物碳利用效率的模型能夠更準確的預測土壤碳循環(huán)過程。微生物碳利用效率的測量一直受到研究方法的限制。最新一些研究將18O標記的水加入土壤后進行培養(yǎng)(圖1),分析微生物DNA中18O的變化以獲得微生物的生長速率,進而計算微生物的碳利用效率。這種方法的前提假設是:微生物DNA中的O元素全部來自于水。但是微生物也可能利用土壤有機質中的O。因此,該方法的基本假設需要實驗給予證明。
沈陽應用生態(tài)研究所生物地球化學組以長白山溫帶森林土壤研究對象,利用18O標記的葡萄糖和18O標記的水作為兩種不同的O源,分析兩者對微生物DNA中O元素的貢獻。研究結果表明:1)添加18O標記物后,微生物的18O-DNA豐度在48小時后達到最高值(圖2),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O元素來自于葡萄糖,91.7%來自于水(圖3)。由于葡萄糖是土壤中比較容易被微生物利用的有機物,當考慮整個土壤有機質庫時,其對微生物DNA中O元素的貢獻應該低于8.3%,而更多的O來自于土壤水。因此,本研究結果表明: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是正確的,但我們建議用轉換因子計算最終的碳利用效率將更為準確。
該研究得到了中科院前沿科學項目、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。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,白娥研究員、王超副研究員為共同通訊作者。
圖1.本研究技術路線
圖2. 加入20%的18O標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3. 加入18O標記水或葡萄糖后微生物DNA中18O的原子百分超隨加入標記物豐度的變化




