厉害！华中农业大学刘玉荣团队，一个月内连发两篇Nature Communications！

Eco-voice 生态学者 2024-05-21 13:30 江苏

生态学者

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2024年4月24日和5月16日，华中农业大学刘玉荣团队在Nature Communications一个月内连发两篇！题为“Metabolic coupling between soil aerobic methanotrophs and denitrifiers in rice paddy fields”和“Geologically younger ecosystems are more dependent on soil biodiversity for supporting function”的研究论文。这两篇文章分别探讨了土壤好氧CH4氧化在反硝化中的作用、全球生态系统的土壤生物多样性和功能关系。

稻田是微生物反硝化的热点，这通常与缺氧和缺氧条件下甲烷(CH4)等电子供体的氧化有关。虽然几种厌氧甲烷氧化菌可以促进细胞内的反硝化，但在缺氧稻田中，好氧CH4氧化是否以及如何与反硝化作用耦合仍然是未知的。本研究结合中国主要水稻产区3300 km的田间研究和13CH4 - DNA稳定同位素示踪(SIP)试验，探讨土壤好氧CH4氧化在支持反硝化中的作用（图1）。研究结果揭示了CH4氧化和反硝化活性与不同气候区域的基因之间的正相关关系。微观实验证实，CH4和甲烷氧化菌的加入促进了反硝化相关基因的表达，增加了氧化亚氮的排放。此外，13CH4-DNA-SIP分析还发现了70多个含有反硝化和同化13C相关基因的种型，这些基因主要属于Rubrivivax、Magnetospirillum和Bradyrhizobium。对13C -宏基因组组装的基因组和13C -代谢组学的综合分析强调了有氧CH4氧化过程中释放的中间体如醋酸盐、丙酸盐和乳酸盐对CH4氧化与反硝化耦合的重要性。这项研究确定了推动好氧甲烷氧化与反硝化耦合的关键微生物类群和途径，对于农田氮素管理和温室气体调控具有重要意义。

土壤生物多样性包含了支持土壤有机质分解和养分循环的代谢工具箱。然而，随着土壤经过数百万年的发展，植物覆盖、土壤碳和微生物量的积累可能会减弱土壤功能对土壤生物多样性的依赖。为了验证这一假设，本研究评估了87个全球分布的生态系统的土壤生物多样性和功能关系（图2），这些生态系统的土壤年龄从几个世纪到几千年不等。研究发现，样地内土壤生物多样性与功能关系与土壤年龄呈负相关，表明地质年龄较低的生态系统功能对土壤生物多样性的依赖性较强。我们进一步表明，随着生态系统的发展，特别是在湿润条件下，植物覆盖、土壤碳和微生物生物量的增加，减少了土壤生物多样性维持功能的关键需求。我们的工作强调了土壤生物多样性对干旱和低微生物生物量地质年轻生态系统的支持功能的重要性。

图1 中国不同气候区稻田的反硝化速率(DR)和甲烷氧化活性(MOA)

图2 不同时间序列土壤多样性与功能(BEF)关系的局地变化

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1038/s41467-024-47827-y
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48289-y