由中科院亚热带农业生态研究所吴金水研究员领衔的农业生态过程方向研究团队近日在水稻光合碳的微生物利用机制方面取得了新进展。
作物光合碳以根际沉积物的形式进入土壤，是根际微生物的主要碳源和能量来源。根际微生物能够通过自身代谢活动将这部分碳源或以气体的形式返回大气，或以有机质的形式存储于土壤中。根际微生物对光合碳的利用能够显著影响土壤碳固定过程。因此，水稻光合碳的输入及其微生物利用机制研究对于输入理解水稻根际土壤碳循环和碳固定过程具有重要意义。
基于此，该团队利用短时间（6小时）的碳同位素（13C-CO2）脉冲标记技术结合氯仿熏蒸的微生物量测定的经典方法与磷脂脂肪酸的稳定同位素探针技术（13C-PLFA-SIP），发现水稻光合碳向土壤微生物生物量和磷脂脂肪酸组分快速转移的现象，揭示了真菌和革兰氏阴性菌是重要的光合碳的根际同化者，这两类微生物在水稻根际碳循环中起主要作用；同时水稻不同生育期光合碳的输入显著改变了水稻根际碳的微生物同化量及其群落结构，并且与水稻根系生物量呈极显著的正相关关系（图1）。该研究证明了土壤微生物活动与植物光合作用密切相关，为量化水稻土微生物量及其种群的动态变化提供了理论基础。
上述研究成果以题为Microbial utilization of rice root exudates: 13C labeling and PLFA composition发表在Biology and Fertility of Soils。审稿人和编辑认为“这是一个有趣和创新贡献的文稿；这个主题很有趣，因为相对于旱地土壤作物的根际沉积来说，在淹水条件下研究水稻根际沉积的研究则较少；该文稿的结果很有说服力。”（I think that this is an interesting and innovative contribution. The issue is rather interesting since it concerns growing of rice plants under flooding, a condition less investigated in comparison with rhizodeposition studies in crops growing on dryland soils. The experiment is well-designed and executed. The results reported in the Tables and Figures are robust and convincing.）。该研究得到了国家自然科学基金委、英国皇家学会牛顿高级学者基金等项目的资助。
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图1 水稻光合碳向土壤微生物生物量和磷脂脂肪酸组分快速转移