美國康奈爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新技術(shù)，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(fā)現(xiàn)增加了人們對細(xì)菌如何促進全球碳循環(huán)的認(rèn)識。相關(guān)論文近日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

眾所周知，土壤細(xì)菌很難研究，盡管它們是生物圈健康的關(guān)鍵參與者。它們將植物生物量轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)，而土壤有機質(zhì)是土壤肥力的基礎(chǔ)，其含碳量是大氣的3倍。通過這種方式，細(xì)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。”美國康奈爾大學(xué)土壤和作物科學(xué)系教授DanielBuckley說，“我們了解得越多，就越能更好地預(yù)測土壤中碳的變化。”

在預(yù)測碳循環(huán)和氣候變化的計算機模型中，最大的不確定性是人們對土壤細(xì)菌如何運作和影響土壤中碳的了解甚少。提高人們對細(xì)菌在碳循環(huán)中所起作用的認(rèn)識，將有助于氣候模型建立者做出更準(zhǔn)確的預(yù)測。

“通過了解微生物在做什么，我們希望能夠更好地預(yù)測未來碳循環(huán)中會發(fā)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(xué)家對它們的需求了解不夠，加上它們無法在實驗室中培養(yǎng)，使其幾乎無法被研究。

在這篇論文中，研究團隊使用穩(wěn)定同位素和高通量DNA測序來識別不同種類的細(xì)菌，并追蹤每一種細(xì)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(biāo)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(fā)行，然后在經(jīng)濟運行中跟蹤它們。

他們發(fā)現(xiàn)微生物有不同的吸收碳的策略?？焖偕L、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(xì)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(yè)、更高效。在這項研究中，研究人員將這些類型的細(xì)菌歸為“協(xié)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(zhì)的形成和損失提供了線索。在將來的工作中，該團隊還將調(diào)查一些“協(xié)會”是否喜歡不同的棲息地，如森林或農(nóng)田，以及土壤pH值對微生物群落的影響。