崔驍勇教授研究團隊系統(tǒng)揭示了青藏高原土壤固氮菌的分布格局及其驅動因子
氮素是陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力最重要的限制因子，生物固氮則是全球生態(tài)系統(tǒng)有效氮最主要的來源。作為生物固氮的執(zhí)行者，固氮菌一直是微生物生態(tài)學領域最受關注的研究對象之一，至今已有130年的研究歷史。然而，目前我們對固氮菌分布的地理特征及其驅動因子還所知甚少，相關研究極為匱乏。這一研究現(xiàn)狀在草地等自然生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為突出。
青藏高原是世界上平均海拔最高的高原。該地區(qū)山巒起伏，地理拓撲結構復雜，區(qū)域內降水量差異極大，并呈現(xiàn)出自東南向西北降水遞減的地帶性趨勢。此外，該地區(qū)植被的區(qū)劃特征明顯，在不同水熱組合梯度下依次分布著高寒草甸、高寒草原及荒漠草原等生態(tài)系統(tǒng)。已有研究表明該地區(qū)的土壤古菌、細菌、真菌等微生物的地理分布也呈現(xiàn)出明顯的地帶性特征，并主要受植被多樣性和土壤理化因子所驅動。但有關該區(qū)域固氮菌地理分布特征及其驅動因子的認知仍近乎空白。此外，諸多研究表明青藏高原地區(qū)的初級生產(chǎn)力深受氮素限制。鑒于該區(qū)域氮沉降量較低，作為典型的自然生態(tài)系統(tǒng)，其氮素的最主要來源很可能是生物固氮。而固氮菌生物地理研究又是開展生物固氮研究的基礎。因此，在青藏高原地區(qū)開展固氮菌生物地理的研究不僅能在一定程度上填補世界范圍內固氮菌生物地理研究匱乏的空缺，也為青藏高原地區(qū)氮收支動態(tài)的了解及生物固氮的調控等奠定了基礎。
基于此，崔驍勇教授研究團隊通過采集遍布于青藏高原地區(qū)的54個地點的表層土壤樣品（0–5 cm），結合樣點信息調查（植被、氣候等）、土壤理化性質分析以及基于nifH基因分子生物學技術，揭示了青藏高原草地土壤固氮菌多度、多樣性、群落組成的分布格局與驅動機制。
該研究發(fā)現(xiàn)，與降水格局類似，青藏高原土壤固氮菌的多度和多樣性均呈現(xiàn)出自東南向西北遞減的趨勢，且高寒草甸土壤固氮菌的數(shù)量及多樣性要顯著高于高寒草原和荒漠草原。在固氮菌群落組成方面，青藏高原地區(qū)的固氮菌群落主要由藍細菌（47.94%）及變形菌（45.20%）組成。其中藍細菌與其它地區(qū)生物結皮中的固氮菌種類十分相似；而變形菌門固氮菌主要由根瘤菌和紅螺菌組成。因此，自養(yǎng)和自生固氮很可能在青藏高原氮素輸入中起著至關重要的作用。進一步分析表明，青藏高原固氮菌的分布格局主要受土壤水分及養(yǎng)分有效性的影響，而植物生物量和群落組成在驅動青藏高原固氮菌分布方面也扮演著重要的角色。然而，海拔、年均溫和地理距離等因素對固氮菌分布的影響較弱。
該研究首次在區(qū)域尺度解讀了土壤固氮菌的分布格局，不僅在一定程度上填補了世界范圍內草地土壤固氮菌生物地理研究的空缺，也為深入探究青藏高原草地氮收支動態(tài)奠定了基礎。2018年5月26日，這項研究以Autotrophic and symbiotic diazotrophs dominate nitrogen-fixing communities in Tibetan grassland soils為題于在線發(fā)表于環(huán)境科學領域權威期刊Science of The Total Environment。崔驍勇教授為本論文通訊作者，生命科學學院博士研究生車榮曉為本論文第一作者。上述研究得到中科院戰(zhàn)略先導專項、國家自然科學基金及國家重點研發(fā)計劃等項目的共同資助。 論文鏈接Researchgate 論文鏈接ELSEVIER
圖： 青藏高原土壤固氮菌的分布格局及其驅動因子探究
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