土壤微生物中也有“超级英雄”

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每克土壤中有数十亿微生物。当土壤中的空间和营养不足时，微生物就会开启“适者生存模式”。有些可以固定氮，有些可以降解有机污染物，帮助其他脆弱的微生物生存。近日，《科技日报》记者从南京农业大学获悉，国际知名综合期刊《Nature Communications》在网上发表了南京农业大学资源与环境科学学院土壤微生物与有机肥料团队关于土壤微生物群落组装及生态功能影响机制的研究成果。

由于土壤微生物种类复杂，培养困难，长期以来人类对土壤微生物的多样性及其生态功能知之甚少，只能用“黑箱”来概括。

近年来，土壤微生物多样性的重要生态功能、多样性的丧失以及对生态系统的威胁逐渐引起了各国政府和许多国际组织的关注。

论文第一作者、南京农业大学资源与环境科学学院副教授荀利用“微观”培养结合宏基因组测序技术对农田土壤微生物群落的功能基因组成进行了监测。

研究发现，土壤微生物群落的“特异性”功能是决定群落组装过程的关键，也是维持微生物群落稳定性的重要基础。所谓“特定”功能是指那些仅由少数微生物功能群“持有”的功能，如土壤氨氧化过程、有机污染物降解等功能。

他介绍说，研究人员将微生物的“种子”放入土壤中进行繁殖。这时，营养和空间位置是足够的。微生物随机生长、繁殖和死亡。社区遵循一个随机的集合过程。然而，当土壤所能容纳的微生物群落数量达到上限时，空间和养分条件受到限制，微环境的酸碱度、含水量和养分含量将发生变化，环境选择压力将增大，微生物的生存令人担忧。此时，群落只有在土壤微生物多样性较高时才能适应环境，并能“保持”和“表达”更多的“特定”功能。

荀举了一个例子，比如固氮微生物。当土壤中的有效氮不足时，它们可以将空气中的氮转化为氨氮，微生物可以利用这些氨氮为其他微生物和植物的生长提供氮源。例如，农田中有农药或重金属残留。一些微生物可以降解有机污染物或钝化重金属离子，从而保护其他群体免受毒性影响。当微生物群落面临危机时，土壤中具有“特定”功能的微生物，如“超级英雄”，会挺身而出。

荀认为，本研究提出的“特定”功能性微生物多样性对影响土壤微生物群落的组装过程和维持土壤生态系统的服务功能具有重要作用，对阐明土壤微生物多样性与生态系统功能的关系具有重要的科学意义。(金锋)