東北地理所在長(zhǎng)期保存的干燥土壤應(yīng)用于微生物生態(tài)學(xué)研究方面取得重要進(jìn)展
土壤樣品的長(zhǎng)期保存方法一直是土壤微生物學(xué)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。新鮮土壤的超低溫冷凍保存被認(rèn)為是研究土壤微生物的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但其操作難度大，成本高，無(wú)法廣泛應(yīng)用。自然風(fēng)干土壤通常被認(rèn)為不適于土壤微生物研究，但卻是長(zhǎng)期保存土壤樣品的普適性方法，并被廣泛用于土壤物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。然而，活性微生物是保存土壤用于微生物的分離培養(yǎng)或功能鑒定研究的主要目標(biāo)，干燥土壤和新鮮土壤中是否含有相同的活性微生物群尚屬未知，如何準(zhǔn)確鑒定兩類(lèi)土壤中的活性微生物群是一個(gè)難題。 東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員利用本實(shí)驗(yàn)室凍存（-80℃）7年的原位施肥土壤與其相應(yīng)的自然風(fēng)干土壤，采用疊氮溴化丙錠（PMA）核酸染料共價(jià)結(jié)合膜受損的死細(xì)胞DNA和游離DNA（統(tǒng)稱(chēng)為relic DNA）來(lái)篩選活性微生物群的方法，通過(guò)分析PMA處理前后的風(fēng)干土壤與凍存土壤中微生物群落的變化規(guī)律，評(píng)價(jià)長(zhǎng)期干燥保存對(duì)土壤中活性微生物群落組成的影響。
結(jié)果表明，長(zhǎng)期干燥保存對(duì)土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，自然風(fēng)干土壤中細(xì)菌群落多樣性是凍存土的46.8%，而去除relic DNA后的風(fēng)干土壤細(xì)菌多樣性恢復(fù)了13.3%且明顯減小了與凍存土細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異（圖1）。風(fēng)干土壤保存了超過(guò)90%序列數(shù)的細(xì)菌門(mén)，但在屬水平上細(xì)菌對(duì)干燥壓力產(chǎn)生差異性應(yīng)對(duì)策略（圖2）。盡管如此，土壤干燥保存沒(méi)有顯著改變長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤細(xì)菌多樣性、群落結(jié)構(gòu)和群落抗性影響的遺留效應(yīng)，即長(zhǎng)期化肥添加顯著改變了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)且降低了細(xì)菌群落多樣性。此外，土壤干燥保存減弱了細(xì)菌共線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但去除relic DNA后的風(fēng)干土壤明顯恢復(fù)了微生物網(wǎng)絡(luò)特性。該研究提出了利用PMA核酸染料去除土壤中relic DNA的方法可改善長(zhǎng)期干燥保存對(duì)土壤微生物群落的負(fù)面影響，同時(shí)施肥對(duì)土壤細(xì)菌的遺留效應(yīng)在保存長(zhǎng)達(dá)7年的風(fēng)干土壤中仍可檢測(cè)到，表明長(zhǎng)期保存的歷史土壤樣品或可用于不同農(nóng)業(yè)管理下土壤微生物分子生態(tài)學(xué)研究。
圖1 PMA處理前后干燥土壤與凍存原位土壤細(xì)菌群落的差異比較
圖2 PMA處理前后干燥土壤與凍存原位土壤細(xì)菌屬的共性和異性
研究成果近期發(fā)表在國(guó)際環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)期刊《Soil and Tillage Research》（7.366），農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組副研究員胡曉婧為第一作者，王光華研究員和賈仲君研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（41907035）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2023237）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA28020201）等項(xiàng)目的資助。
論文信息：Hu Xiaojing, Jia Zhongjun, Liu Junjie, Gu Haidong, Zhou Baoku, Wei Dan, Jin Jian, Liu Xiaobing, Wang Guanghua. The preservation of bacterial community legacies in archived agricultural soils. Soil and Tillage Research. 2023. 231, 105739.
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