東北地理所在黑土農(nóng)田氨氧化微生物和古菌的生物地理分布上取得進展
微生物群落組成與多樣性的空間格局及對環(huán)境變化的響應(yīng)研究，是揭示地球上生物多樣性產(chǎn)生和維持機制的前提。近年來，土壤微生物的分布格局及其驅(qū)動機制研究成為國際上的研究熱點。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組科研人員對我國東北典型黑土農(nóng)田樣帶細(xì)菌、真菌和酸桿菌地理分布格局進行了深入研究，取得了一批優(yōu)秀的科研成果。在此基礎(chǔ)上，該組科研人員利用實時定量qPCR和高通量測序技術(shù)，進一步研究了黑土農(nóng)田土壤古菌（Archaea）和氨氧化細(xì)菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的群落結(jié)構(gòu)和多樣性分布特征及其驅(qū)動機制。
研究發(fā)現(xiàn)，亞硝化球菌（Nitrososphaera）和亞硝化螺菌（Nitrosospira）分別是黑土區(qū)農(nóng)田土壤中參與氨氧化過程的主要AOA和AOB類群（圖1）。AOA的amoA基因豐度與土壤有機質(zhì)含量顯著正相關(guān)，但與土壤pH不存在相關(guān)關(guān)系。與之相反AOB的amoA基因豐度與土壤pH顯著正相關(guān)，而與有機質(zhì)含量不存在相關(guān)關(guān)系，說明AOA與AOB的生理特征存在差異。AOA豐度與有機質(zhì)含量顯著正相關(guān)的結(jié)果與AOA主要分布在貧營養(yǎng)環(huán)境的報道相悖，說明黑土中有一些與碳源利用相關(guān)的AOA類群數(shù)量會隨有機質(zhì)含量增加而增加。群落結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，AOA較AOB在黑土帶上表現(xiàn)出更加明顯地理分布格局，土壤pH是驅(qū)動兩類氨氧化微生物空間分布的主要因子。盡管黑土中AOA的amoA基因豐度明顯高于AOB，但相關(guān)分析顯示，AOB與土壤的潛在硝化速率關(guān)系較AOA更密切，表明AOB可能是黑土氨氧化的最主要貢獻者。
此外，針對古菌群落的研究僅檢測到三個門，其中奇古菌（Thaumarchaeota）數(shù)量最多，其次是廣古菌（Euryarchaeota），而泉古菌（Crenarchaeota）占比非常小（圖2）。奇古菌中Thaumarchaeota group 1.1b是最主要分布類群，平均相對豐度為87.23%。鑒于Thaumarchaeota group 1.1b隸屬于Nitrososphaera類群，說明黑土農(nóng)田土壤中的大部分古菌均參與了氨氧化過程。研究還發(fā)現(xiàn)古菌與細(xì)菌群落分布規(guī)律相似，均存在明顯的空間分布格局，土壤pH是驅(qū)動古菌群落分布的最主要土壤因子。
該研究成果于2018年和2019年先后發(fā)表在Frontiers in Microbiology上。研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項和國家自然科學(xué)基金項目的資助。
文章信息：
1 Ammonia-oxidizing archaea show more distinct biogeographic distribution patterns than ammonia-oxidizing bacteria across the black soil zone of northeast China. Frontiers in Microbiology. 2018, 9, 171. doi: org/10.3389/fmicb.2018.00171
文章鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.00171/full
2 Biogeographic distribution patterns of the archaeal communities across the black soil zone of northeast China. Frontiers in Microbiology. 2019, 10, 23. doi: 10.3389/fmicb.2019.00023
文章鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.00023/full
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