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崔骁勇教授团队系统揭示了青藏高原土壤固氮菌的分布格局及其驱动因子
2018-06-05 10:50:26 来源:中科院生命科学学院 作者: 【 】 浏览:873次 评论:0

  氮素是陆地生态系统初级生产力最重要的限制因子,生物固氮则是全球生态系统有效氮最主要的来源。作为生物固氮的执行者,固氮菌一直是微生物生态学领域最受关注的研究对象之一,至今已有130年的研究历史。然而,目前我们对固氮菌分布的地理特征及其驱动因子还所知甚少,相关研究极为匮乏。这一研究现状在草地等自然生态系统中表现得尤为突出。

  青藏高原是世界上平均海拔最高的高原。该地区山峦起伏,地理拓扑结构复杂,区域内降水量差异极大,并呈现出自东南向西北降水递减的地带性趋势。此外,该地区植被的区划特征明显,在不同水热组合梯度下依次分布着高寒草甸、高寒草原及荒漠草原等生态系统。已有研究表明该地区的土壤古菌、细菌、真菌等微生物的地理分布也呈现出明显的地带性特征,并主要受植被多样性和土壤理化因子所驱动。但有关该区域固氮菌地理分布特征及其驱动因子的认知仍近乎空白。此外,诸多研究表明青藏高原地区的初级生产力深受氮素限制。鉴于该区域氮沉降量较低,作为典型的自然生态系统,其氮素的最主要来源很可能是生物固氮。而固氮菌生物地理研究又是开展生物固氮研究的基础。因此,在青藏高原地区开展固氮菌生物地理的研究不仅能在一定程度上填补世界范围内固氮菌生物地理研究匮乏的空缺,也为青藏高原地区氮收支动态的了解及生物固氮的调控等奠定了基础。

  基于此,崔骁勇教授研究团队通过采集遍布于青藏高原地区的54个地点的表层土壤样品(0–5 cm),结合样点信息调查(植被、气候等)、土壤理化性质分析以及基于nifH基因分子生物学技术,揭示了青藏高原草地土壤固氮菌多度、多样性、群落组成的分布格局与驱动机制。

  该研究发现,与降水格局类似,青藏高原土壤固氮菌的多度和多样性均呈现出自东南向西北递减的趋势,且高寒草甸土壤固氮菌的数量及多样性要显著高于高寒草原和荒漠草原。在固氮菌群落组成方面,青藏高原地区的固氮菌群落主要由蓝细菌(47.94%)及变形菌(45.20%)组成。其中蓝细菌与其它地区生物结皮中的固氮菌种类十分相似;而变形菌门固氮菌主要由根瘤菌和红螺菌组成。因此,自养和自生固氮很可能在青藏高原氮素输入中起着至关重要的作用。进一步分析表明,青藏高原固氮菌的分布格局主要受土壤水分及养分有效性的影响,而植物生物量和群落组成在驱动青藏高原固氮菌分布方面也扮演着重要的角色。然而,海拔、年均温和地理距离等因素对固氮菌分布的影响较弱。

  该研究首次在区域尺度解读了土壤固氮菌的分布格局,不仅在一定程度上填补了世界范围内草地土壤固氮菌生物地理研究的空缺,也为深入探究青藏高原草地氮收支动态奠定了基础。2018年5月26日,这项研究以Autotrophic and symbiotic diazotrophs dominate nitrogen-fixing communities in Tibetan grassland soils为题于在线发表于环境科学领域权威期刊Science of The Total Environment。崔骁勇教授为本论文通讯作者,生命科学学院博士研究生车荣晓为本论文第一作者。上述研究得到中科院战略先导专项、国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目的共同资助。 论文链接Researchgate 论文链接ELSEVIER

 

图: 青藏高原土壤固氮菌的分布格局及其驱动因子探究

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Tags:崔骁勇 教授 青藏高原 土壤固氮菌 责任编辑:可可西里
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