Nature Communications | 研究揭示仅仅几个常见的细菌就负责土壤中大部分的碳循环！

在整个地球上的生态系统中发现的仅仅几个细菌分类群就负责土壤中一半以上的碳循环。近日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了美国太平洋西北国家实验室Bram W. Stone团队的最新相关研究成果，题为Nutrients cause consolidation of soil carbon flux to small proportion of bacterial community的研究论文，该研究表明尽管从四个不同的生态系统收集的土壤中发现了多种微生物分类群，但这些生态系统中常见的只有三到六组细菌对所发生的大部分碳利用负责。

土壤中的碳含量是地球上所有植被的两倍，因此预测碳是如何储存在土壤中并作为二氧化碳释放的，是了解未来气候动态的关键（Nature Climate Change | 周集中团队揭示气候变暖增加了微生物网络的复杂性和稳定性！生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？）。科研人员正在探究在地球系统和气候模型中应如何考虑这种关键的细菌过程。研究发现，碳循环确实是由几组普通细菌控制的（微生物和碳循环；Nature Communications | 微生物多样性驱动土壤碳利用）。测序时代对微生物世界的多样性提供了令人难以置信的洞察力，数据表明，当涉及到像土壤呼吸这样的重要功能时，土壤微生物群落中可能存在很多冗余，是一些常见的、丰富的微生物在发挥最大的作用。这些细菌（慢生根瘤菌, 酸杆菌RB41和链霉菌）在利用现有的土壤碳和添加到土壤中的营养物质方面比其它较罕见的微生物要好。当碳和氮被添加时，这些已经占主导地位的细菌巩固了它们对养分的控制，相对于其他存在的分类群，它们吞噬得更多，生长得更快。尽管研究人员确定了数千种独特的生物，以及数百个不同的属或物种集合，但只需要 6 种就可以占到超过 50% 的碳使用量，在养分增加的土壤中，仅三个微生物群对一半以上的碳使用量负责。

科研人员使用氧同位素标记的水，对土壤样本的DNA进行测序，跟踪氧同位素以观察哪些微生物群落将其纳入它们的DNA，这是一个表明生长的信号。这项技术被称为定量稳定同位素探测（qSIP），它使科学家能够在单个分类群的层面上跟踪哪些细菌在土壤中生长。然后，科研人员对每个分类群的丰度进行计算，并对细菌消耗土壤碳的效率进行建模。结果还显示，只有少数微生物分类群产生了观察到的大部分二氧化碳。

更好地了解单个生物体如何促进碳循环，对管理土壤肥力和减少气候变化预测的不确定性具有重要意义。这项研究将土壤微生物的分类和功能多样性分开，并要求我们以一种新的方式考虑生物多样性。这项技术所揭示的微生物学数据让科研人员可以提出更多细微的问题。过去通过其主要功能来描述一个微生物群落的特点，就像整个州经常被报道投票支持或反对一项投票提案一样，现在，通过qSIP，可以在单个微生物群落的水平上，看到谁在推动这种更大的模式。通过这种方式，可以确定哪些土壤生物正在执行重要的功能，如碳固定，并更密切地研究这些功能。

图1：根据分类群特异性同位素富集量对群落土壤呼吸量的模型拟合

图2：细菌的绝对和相对碳（C）利用

图3：不同土壤养分添加处理的细菌分类和功能均匀性的变化

图4：土壤细菌的相对丰度和相对化碳（C）利用的比较

图5：丰度的构成和碳的使用

图6：不同土壤养分和主要细菌门的功能均匀度变化

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