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武汉植物园在揭示神农架林区土壤磷循环相关细菌多样性对生态系统多功能贡献上取得最新研究进展

2021-07-23 | 来源:环境基因组学学科组 万文结| 【  

  森林生态系统对全球碳固定起着重要的作用,评估森林生态系统的健康和潜力至关重要。土壤生态系统多功能能够反映土壤营养物的周转和维持以及植被多样性,进而可以用来评估森林生态系统植被生产力。在陆生生态系统特别是森林生态系统里,磷素普遍呈现出缺乏的现象,且在夏季尤甚。森林土壤中磷素主要来自于含有机磷动植物残体的降解。在原核生物中保守的phoD基因可以用来评估有机磷矿化的水平。有文献表明含phoD基因的稀有种细菌对有机磷的矿化起着重要的作用,然而含phoD基因的稀有种和丰富种细菌是否能够影响生态系统的更多功能,如以碳氮磷元素含量及酶活表示的生态系统多功能,这样的研究鲜有报道。 

  中国科学院水生植物与流域生态重点实验室、武汉植物园环境基因组学学科组万文结副研究员与杨玉义研究员,同中南民族大学何冬兰教授开展合作,以湖北神农架林区森林土壤为研究对象,使用Illumina MiSeq技术确定了含phoD基因细菌的组成和多样性,使用传统方法测定了土壤的理化性质;运用多种统计学分析方法以揭示含phoD基因的稀有种和丰富种细菌对环境的适应性和群落构建机制。 

  在先前研究成果的基础上(Wan et al., 2021. Geoderma),本研究对数据进行了再挖掘。研究结果表明:含phoD基因稀有种细菌的分类学多样性较丰富种对生态系统多功能贡献更高,而含phoD基因丰富种细菌的系统发育学多样性较稀有种对生态系统多功能贡献更高。稀有种具有更高的环境位宽,表明稀有种在分类学水平上具有更强的环境适应性;丰富种具有更强的系统发育信号,表明丰富种在系统发育水平上具有更强的环境适应性。稀有种和丰富种的群落构建均由随机过程主导,且土壤温度扮演着重要的角色以调节随机性和确定性过程之间的平衡。该研究为森林生态系统里有机磷矿化相关细菌多样性的维持以及其对土壤生态系统多功能的贡献提供了新的见解和分析手段,丰富了森林生态系统里有机磷矿化的相关知识。 

  该研究受国家自然科学基金面上项目、中央高校基础研究经费和自然资源部城市土地资源监测与模拟重点实验室开放基金资助,研究成果以“Linking rare and abundant phoD-harboring bacteria with ecosystem multifunctionality in subtropical forests: from community diversity to environmental adaptation”为题,发表在SCI期刊Science of the Total Environment(中科院1区,top10%, IF=7.963)杂志上。万文结为论文的第一作者,杨玉义为论文的通讯作者。 

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148943. 

1 神农架林区土壤含phoD基因稀有种和丰富种细菌多样性特点与维持机制

 
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