张英俊教授团队：温性草原大型真菌降低土壤有机碳储存
张英俊教授团队：温性草原大型真菌降低土壤有机碳储存图文摘要|图形摘要|简介草原是最重要的生态系统之一，储存了大约34%（C）土壤有机碳（SOC）固存是草原生态系统的一项重要功能，而SOC公司储量的大小取决于微生物，特别是真菌的参与。大型真菌产生的菌丝体可能影响C类的固定和分解，但它们对草原生态系统SOC公司储存的影响机制尚不清楚。草原大型真菌形成的蘑菇圈是探索大型真菌对SOC公司影响的天然平台。目前，将SOC公司分为颗粒有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）来研究，这更有助于预测SOC公司的储存量。本研究采集了35个温带草原蘑菇圈的4个不同区域表层土壤（图1），以揭示大型真菌对SOC（POC和MAOC）的影响，并利用宏基因组测序技术揭示SOC公司储存的微生物机制。图1 中国内蒙古温性草原上5个取样地点的蘑菇圈形态及样品采集示意图一、蘑菇圈中SOC公司及其组分的变化 大型真菌从蘑菇圈的圈外到圈内区域显著降低了SOC（图2A，p<0.05）与大型真菌尚未扩散到的圈外区域相比，圈内区域的SOC为7.37%POC和MAOC相似的趋势，都在真菌到达后开始下降（与。 前沿，圈上，圈内）（图2B和C）在中国人民银行在圈内区域处于最低值，而POC公司在菌丝刚刚通过的圈上区域处于最低值。此外，在大型真菌通过后POC SOC的贡献降低，但MAOC和SOC的贡献增加，尽管它们仅在圈外和圈上区域之间有显著差异（二维，p<0.05）这意味着POC和MAOC的消耗均随着蘑菇圈真菌的移动而增加，并且POC公司的消耗更大。图2 蘑菇圈4个区域的土壤有机碳浓度（SOC）（A）颗粒有机碳浓度（POC）（B）矿物结合态有机碳浓度（MAOC）（C）颗粒有机碳和矿物结合态有机碳对土壤有机碳的贡献（D） （DOC）（E）土壤微生物生物量碳（MBC）（F）β-1,4-（BG）有效性（G）二、土MBC和BG有效性SOC在蘑菇圈中，真菌的存在改变了MBC、BG和DOC、SOC组分的变化显著相关。有菌丝通过的区域（圈内和圈上）的MBC公司明显低于没有菌丝的区域（2）（图2F，p<0.05）大型真菌诱导的MBC、SOC、POC、MAOC（3，p<0.05）这表明大型真菌抑制了微生物源C¨SOC公司固存的贡献。圈上和菌丝前沿区域的参与C（BG）活性分别比圈外区域高43.16%和24.41%（图2G）同时，圈上和前沿区域的文件浓度也显著高于圈外和圈内区域（图2E，p<0.05），BG DOC呈显著正相关关系。大型真菌诱导的文件POC变化呈负相关关系（图3B，p<0.05）这些结果表明大型真菌的存在降低SOC公司的累积，同时促进SOC（状态控制）预测变量对大型真菌诱导的土壤有机碳（A） 、（B）和矿物结合态有机碳（C）变化影响的拟合多元回归模型的模型系数图三、大型真菌对C类循环相关土壤微生物群落组成及基因丰度的影响 随着大型真菌从圈内到圈上/前沿再向圈外的移动，土壤微生物群落的生态策略从寡营养型转变为富营养型，再回到寡营养型（图4A）具体来说，属于寡营养型微生物的放线菌门（放线菌）、疣状杆菌（Verrucomicrobia）、酸杆菌（Acidobacteria）和氯仿杆菌（Chloroflex）在圈外区域的丰度大于在圈上区域的。同时，属于富营养型微生物的变形菌门（变形杆菌）和（拟杆菌）在圈上区域的丰度最高。属于寡营养型的酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门（金缕梅目）在圈内区域的丰度高于其他三个区域的。在属水平上，圈上区域与其他3个区域（圈内、前沿和圈上）共同拥有的常见物种数量分别为183、105和41种（图4B）大型真菌的存在减少了C类固定基因的丰度，但增加了C类降解基因的丰度（图5）。具体来说，在大型真菌移动过程中，所有参与C类固定循环相关的基因在圈上区域的丰度都最低（\22270；5A）C类降解基因在圈外区域的丰度最低，但仅与菌丝前沿区域有显著差异（图5B，p<0.05）不同底物的C类降解相关基因在蘑菇圈4个区域之间表现出不同的变化。参与半纤维素降解基因的丰度在圈外区域最低，包括内切-1,4-β-L-阿拉伯糖苷酶和β-木糖苷酶基因。与圈外区域相比，菌丝前沿区域的淀粉和芳香族化合物降解基因丰度呈上升趋势。圈上区域的几丁质降解基因丰度显著高于其他3（5B，p<0.05）图（A）和（B）水平微生物分布情况图（A）和（B）基因丰度的变化总结|结论综上所述，在草地生态系统中，大型真菌通过调节土壤微生物功能，加速了POC和MAOC反应（POC）最终降低了表层土壤SOC公司含量。大型真菌的存在增加了BG有效性和C代谢率较低的富营养型微生物的相对丰度，降低了MBC公司浓度和底物利用效率较高的寡营养型微生物的相对丰度。这些变化促进SOC公司的分解，但抑制SOC公司的固存。此外，大型真菌的存在增加了C类降解基因的丰度（特别是编码参与半纤维素降解的内切-1,4-β-L-阿拉伯糖苷酶和β-木糖苷酶的基因），降低了C类固定基因的丰度。因此，尽管已有研究发现大型真菌的出现可以提高地上植物的生产力，但应该注意这可能会加速土壤养分的消耗并减少土壤C类的储存。本研究对于进一步了解草原生态系统土壤C类持久性过程中大型真菌与其他微生物的相互作用具有重要意义。内容ELSEVIER星期科学总环境899卷发表的论文：刘明（Liu M.）。H.、Wei Y。Q.、Lian L.、。，魏波。，Bi Y。X.、Liu N.、。，杨G。W.、Zhang Y。J.，2023.大型真菌通过调节温带草原土壤微生物功能促进SOC分解并削弱固碳作用。Sci Total Environ 899，165556。内政部：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165556 第一作者：刘沫含 博士中国农业大学草业科学与技术学院 在中国农业大学获得博士学位，主要研究方向为草地生态与管理、草地土壤改良机制、草地生态系统碳氮磷循环。以第一作者在全环境科学、生态毒理学和环境安全、化学圈等国际期刊发表论文6篇。 通讯作者：张英俊 教授中国农业大学草业科学与技术学院 中国农业大学草业科学与技术学院教授、博导，全国农业科研杰出人才，科中国农业大学国家级创新团队负责人，国家级高层次人才获得者，国家牧草产业技术体系首席科学家。现担任国务院学位委员会第八届草学学科评议组秘书长、中国草学会副理事长兼秘书长。《草地研究》、《草地与牧草科学杂志》（副主编）、《草地研究杂志》（助理主编），《国际新闻》、《商业报道》和《草业科学》编委。主要研究方向为草地管理与牧草生产。先后完成国家自然科学基金面上项目以及重大项目、973课题等40余项。发表论文200余篇，主编著作14部，获授权发明专利30余项，制定行业标准6项；以第一完成人获得教育部科技进步一等奖1项，农业部中华农业科技奖二等奖1项、大北农科技一等奖1项和河北省科技进步二等奖1项。
