秸稈是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重要的有機資源，土壤微生物是其降解的主要驅(qū)動力。已有研究表明，秸稈降解不同時段，微生物群落有明顯演替現(xiàn)象；不同土壤環(huán)境中，秸稈降解微生物類群不同。但是科研人員查閱文獻發(fā)現(xiàn)，參與秸稈降解的微生物攜帶的相關(guān)功能基因集可能較相似，降解微生物群落結(jié)構(gòu)演替主要受秸稈化學(xué)性質(zhì)控制；除主導(dǎo)微生物發(fā)揮降解作用外，還需輔助微生物協(xié)同參與。這些線索暗示了秸稈降解的微生物學(xué)過程，特別是在功能層面，具有內(nèi)在的統(tǒng)一性。這些認(rèn)識有利于推動學(xué)界對秸稈降解微生物學(xué)機制的了解，也有助于滿足國家當(dāng)前提倡的秸稈資源化需求。
中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員馮有智團隊結(jié)合秸稈田間原位埋袋降解和室內(nèi)DNA穩(wěn)定性同位素標(biāo)記（DNA-SIP）實驗，在我國亞熱帶水稻土秸稈降解微生物研究中取得新進展。研究人員對重慶、常熟和鷹潭三個田間原位秸稈進行降解實驗發(fā)現(xiàn)，（1）雖然站點間參與秸稈降解的細(xì)菌物種表現(xiàn)出較大的空間可變性，但是相關(guān)功能基因集變異性較低。該研究表明，功能層面的認(rèn)知將更有助于統(tǒng)一大尺度下秸稈降解的微生物學(xué)過程，以及可從功能層面統(tǒng)一調(diào)控秸稈的降解過程。（2）研究人員利用生態(tài)零模型，分別探究三個站點細(xì)菌群落構(gòu)建機制，結(jié)果顯示，秸稈降解群落構(gòu)建過程受到秸稈化學(xué)成分控制，其中，“異質(zhì)性選擇”篩選土壤中部分微生物參與秸稈降解；“勻質(zhì)性選擇”決定各秸稈降解時間段內(nèi)微生物群落組成；“生態(tài)漂變”賦予整個降解時間段內(nèi)群落組成一定隨機性。受到秸稈化學(xué)性質(zhì)控制的群落構(gòu)建過程塑造群落組成，進而間接影響秸稈降解。這說明區(qū)域尺度下水稻土秸稈降解微生物群落的形成和演替具有高度的內(nèi)在一致性。（3）研究人員利用DNA-SIP，揭示參與秸稈降解的具體物種，除傳統(tǒng)秸稈降解微生物類群之外，還發(fā)現(xiàn)多種間接參與的微生物群，如具有電子傳遞“橋梁”作用的Geobacter，利于釋放降解過程中積累的過剩還原力，解除秸稈降解過程中產(chǎn)生的底物限制，促進秸稈降解；固氮微生物可提供氮素，緩解因秸稈高C/N而不利于降解的障礙；引發(fā)“激發(fā)效應(yīng)”的微生物也能間接參與秸稈降解。該研究揭示秸稈降解微生物是集團化作業(yè)，要重視主導(dǎo)微生物和關(guān)注輔助型物種。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry和Biology and Fertility of Soils上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點項目的資助。
圖1.區(qū)域尺度下秸稈降解微生物物種和功能分布
圖2.秸稈降解微生物群落構(gòu)建過程
圖3.直接和間接參與秸稈降解的微生物
地區(qū)：
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