崔驍勇教授研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)揭示了青藏高原土壤固氮菌的分布格局及其驅(qū)動(dòng)因子
氮素是陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力最重要的限制因子，生物固氮?jiǎng)t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(xué)領(lǐng)域最受關(guān)注的研究對(duì)象之一，至今已有130年的研究歷史。然而，目前我們對(duì)固氮菌分布的地理特征及其驅(qū)動(dòng)因子還所知甚少，相關(guān)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)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(shì)。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(xì)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(qū)動(dòng)。但有關(guān)該區(qū)域固氮菌地理分布特征及其驅(qū)動(dòng)因子的認(rèn)知仍近乎空白。此外，諸多研究表明青藏高原地區(qū)的初級(jí)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(chǔ)。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(bǔ)世界范圍內(nèi)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(dòng)態(tài)的了解及生物固氮的調(diào)控等奠定了基礎(chǔ)。
基于此，崔驍勇教授研究團(tuán)隊(duì)通過采集遍布于青藏高原地區(qū)的54個(gè)地點(diǎn)的表層土壤樣品（0–5 cm），結(jié)合樣點(diǎn)信息調(diào)查（植被、氣候等）、土壤理化性質(zhì)分析以及基于nifH基因分子生物學(xué)技術(shù)，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(qū)動(dòng)機(jī)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(shì)，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(lán)細(xì)菌（47.94%）及變形菌（45.20%）組成。其中藍(lán)細(xì)菌與其它地區(qū)生物結(jié)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(guān)重要的作用。進(jìn)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(qū)動(dòng)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(duì)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(bǔ)了世界范圍內(nèi)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(dòng)態(tài)奠定了基礎(chǔ)。2018年5月26日，這項(xiàng)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(xué)領(lǐng)域權(quán)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(xué)學(xué)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(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)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(qū)動(dòng)因子探究
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