追蹤土壤細菌的行動

美國康奈爾大學的研究人員開發了一種創新技術，可以跟蹤微生物并了解它們處理土壤碳的各種方式。這些發現增加了人們對細菌如何促進全球碳循環的認識。相關論文近日發表于美國《國家科學院院刊》。

這一點很重要，因為眾所周知，土壤細菌很難研究，盡管它們是生物圈健康的關鍵參與者。它們將植物生物量轉化為土壤有機質，而土壤有機質是土壤肥力的基礎，其含碳量是大氣的3倍。通過這種方式，細菌控制了最終進入大氣或儲存在土壤中的碳量，每年土壤微生物處理的碳量大約是所有人為排放總量的6倍。

“我們希望利用一些重要信息研究生物體本身，以便更好地了解它們在做什么以及為什么要這樣做。”康奈爾大學土壤和作物科學系教授Daniel Buckley說，“我們了解得越多，就能更好地預測土壤中碳的變化。”

在預測碳循環和氣候變化的計算機模型中，最大的不確定性之一是人們對土壤細菌如何運作和影響土壤中碳的了解甚少。提高人們對細菌在碳循環中所起作用的認識，最終將有助于氣候模型建立者做出更準確的預測。

“通過了解微生物在做什么，我們希望能夠更好地預測未來碳循環中會發生什么，然后就如何管理土壤做出更好的決定。”Buckley表示。

土壤微生物很小，很難在地下觀察到，因此科學家對它們的需求了解不夠，無法在實驗室中培養，這反過來又使它們幾乎無法進行研究。

在這篇論文中，研究團隊使用穩定同位素和高通量DNA測序來識別不同種類的細菌，并追蹤每一種細菌如何隨時間的推移消耗碳。

Buckley解釋說：“這種方法使我們能夠識別同位素標記的DNA，并找出哪種微生物吃了每種不同類型的碳。”他把這種方法比作在鈔票上做記號，在城市里發行，然后在經濟運行中跟蹤它們。

他們發現微生物有不同的吸收碳的策略。快速生長、進食和死亡的微生物以易于獲取的碳（如糖）為食。同時，其他細菌專攻更難分解和吸收的碳。這些微生物生長和消耗材料的速度更慢，而且更專業、更高效。在這項研究中，研究人員將這些類型的細菌歸為“協會”，其是以同樣的方式獲取食物或碳的生物群。

這項新研究通過揭示微生物處理植物碳的不同策略，為土壤有機質的形成和損失提供了線索。在將來的工作中，該團隊還將調查一些“協會”是否喜歡不同的棲息地，如森林或農田，以及土壤pH值對微生物群落的影響。