中科院 | SBB：土壤风干和长期保存对微生物群落组成和结构没有显著影响

2021-08-21 17:14

在风干和长期保存过程中，土壤含水量呈指数下降，而微生物群落组成保持相对稳定。

导读

为了确定储存的风干土壤是否能用于微生物信息分析，我们研究了土壤风干和长期保存期间的微生物群落动态。研究者从五个长期施肥处理的样地采集了新鲜土壤，将其风干并保存。通过Illumina测序，在特定的时间（从0 h到8192 h）对土壤微生物群落进行了测序。结果表明，在风干和长期保存过程中，原核生物和真菌的群落结构没有发生明显变化，施肥对土壤微生物群落结构的影响仍然可以通过风干土壤来确定。这些结果表明，风干和保存对土壤微生物群落结构的影响几乎可以忽略不计，这项研究结果为全球性的土壤微生物群落结构研究奠定了基础。

论文ID

原名：Air-drying and long time preservation of soil do not significantly impact microbial community composition and structure

译名：土壤风干和长期保存对微生物群落组成和结构没有显著影响

期刊：Soil Biology & Biochemistry

IF：7.609

发表时间：2021.3.30

通讯作者：刘宏斌，崔骁勇

通讯作者单位：中国农业科学院；中国科学院大学

材料与方法

结果

1.风干和长期保存对土壤微生物群落结构的影响

在土壤风干和长期保存过程中，土壤含水量呈指数衰减，而微生物群落组成变化不大（图1）。这与我们的第一个假设（在风干和长期保存过程中，土壤微生物群落结构会随着土壤含水量的降低而发生变化）相矛盾。这个不一致的结果最可能原因是微生物反应的及时性。水分通过影响微生物生理代谢直接影响微生物群落，或通过影响营养物质的可用性和种间关系间接影响微生物群落。此外，微生物的繁殖或死亡需要时间，残留DNA的降解也需要时间。因此，与土壤含水量的指数下降相反，土壤风干初期微生物群落的变化很小。

有趣的是，在风干和长时间保存期间，微生物群落的变化甚至可以忽略不计（图1bc）。干燥后，微生物被迫进入休眠状态，残余DNA的降解因缺水而受到抑制。此外，我们发现不同风干和长时间保存的微生物群落相似性与处理内的变化相似。具体而言，每个处理中复制品之间的原核生物和真菌群落特征的相似性分别约为0.7和0.6，与每个新鲜土壤样品相比，不同风干和保存时间的原核和真菌群落特征的相似性分别为0.624–0.737和0.477–0.716。总的来说，这些发现表明，微生物群落分布在风干和长时间保存期间保持相对稳定，这为利用风干归档的土壤进行微生物群落结构研究提供了基础。

图1.（a）风干长期保存过程中土壤含水量的动态变化。原核生物群落（b）和真菌群落（c）在冷冻保存（T=0 h）与风干和长期保存时间序列的Bray-Curtis（基于平方根转化计算）相似性比较。

2.使用风干和长期保存的土壤样品确定微生物群落特征的可行性

在新鲜、风干和长期保存的土壤中，施肥对微生物群落结构的显著影响相似（图2）。它证实了我们的第二个假设（施肥对风干和长期保存土壤微生物群落结构的影响仍然可以检测出来）。这与先前的研究一致，即短期风干保存和长期归档保存都没有实质性地改变微生物群落特征。

事实上，与不同处理和研究地点的土壤微生物群落特征变化相比，风干和长期保存期间土壤微生物群落的变化可以忽略不计。此外，五个处理的土壤微生物群落在每对风干和长时间保存时间序列之间具有很强的相关性。这些结果表明，利用风干和长期保存的土壤，不同土壤样品中微生物群落分布的差异仍然可以确定。

本研究的另一个有趣发现是，风干和长期保存对土壤真菌群落结构的影响大于对土壤原核生物群落结构的影响（图1bc）。真菌拥有几丁质细胞壁和菌丝形成类群，似乎对极端环境更有抵抗力。然而，真菌比原核生物大，通常在土壤团聚体的外部定殖。从这个角度来看，土壤真菌应该比原核生物对干旱更敏感。基于这一发现，在利用风干和长期保存的土壤研究真菌群落时，应比研究原核生物群落更为谨慎。