東北地理所在耐鹽堿固碳微生物促進(jìn)土壤有機(jī)碳固存機(jī)制研究中取得進(jìn)展
隨著全球氣候變化和土地退化問(wèn)題的加劇，鹽堿化土壤面積持續(xù)擴(kuò)大，嚴(yán)重制約了生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能。引入外源固碳微生物是提升土壤碳匯功能的一種有效途徑。然而，針對(duì)固碳微生物在鹽漬化環(huán)境下的應(yīng)用研究還較少，耐鹽堿固碳微生物促進(jìn)土壤有機(jī)碳固存的機(jī)制尚不明確。針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊(duì)自濱海濕地分離獲得了一種耐鹽堿固碳菌（Glutamicibacter halophytocola DA1），將其接種于鹽堿土壤中用以提升土壤固碳能力，并系統(tǒng)闡明了其在鹽堿脅迫環(huán)境下的固碳機(jī)制。
研究結(jié)果表明，將固碳菌DA1接種于典型強(qiáng)堿性（pH=10.28）鹽堿土樣中培養(yǎng)45天后，土壤有機(jī)碳（SOC）含量由2.75 g/kg顯著升高至4.42 g/kg，礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳（MAOC）亦由0.73 g/kg升至1.24 g/kg。宏基因組測(cè)序結(jié)果顯示，接種后土壤中自養(yǎng)型微生物類群明顯富集，酸桿菌門（Acidobacteriota）、產(chǎn)氫桿菌門（Hydrogenedentota）及假單胞菌門（Pseudomonadota）相對(duì)豐度顯著提高，同時(shí)與碳固定過(guò)程密切相關(guān)的Myxococcaceae與Polyangiaceae功能性類群相對(duì)豐度亦顯著提升。
通過(guò)KEGG注釋的功能基因?qū)Ρ确治霭l(fā)現(xiàn)，固碳菌株的引入增強(qiáng)了多條固碳代謝通路的表達(dá)水平（圖 1）。其中，卡爾文-本森-巴沙姆循環(huán)（CBB）涉及到的典型功能基因rbcL、rbcS上調(diào)了57.47 %和49.75%，還原三羧酸循環(huán)（rTCA）的相關(guān)功能基因（porA、porB、porC、korA）亦有顯著提升。共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析表明，接種后土壤微生物網(wǎng)絡(luò)的連通性與復(fù)雜度顯著增強(qiáng)，微生物間由協(xié)同向競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系轉(zhuǎn)變，反映出群落結(jié)構(gòu)的重塑與生態(tài)功能的再分配。這些結(jié)果表明，該耐鹽堿固碳菌能夠通過(guò)提升多種固碳通路的功能水平以及優(yōu)化微生物互作網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)鹽堿土壤碳固定能力與穩(wěn)定性的提升。
該研究系統(tǒng)揭示了外源固碳微生物在鹽堿環(huán)境下促進(jìn)土壤碳固存的分子生態(tài)機(jī)制，為利用生物強(qiáng)化手段修復(fù)退化鹽堿生態(tài)系統(tǒng)、緩解氣候變化提供了新的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)途徑。
圖 1?耐鹽堿固碳菌DA1多通路固碳的機(jī)制框架
相關(guān)研究發(fā)表在國(guó)際期刊《Catena》上，由博士研究生梁宇廷（第一作者）、祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2023YFF0807203）和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目（No. Y2021068）的資助。
論文信息：
Liang,Y.T.,Shen,Y.T.,Wang,X.Y.,Li,S.Y.,Miao,Y.Q.,Zhu,H.,2026. Harnessing salt-alkali-tolerant carbon-fixing bacteria to enhance carbon sequestration in saline-alkaline soils. CATENA 262,109643.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109643
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