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隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

日期： 2025-01-02

標簽:

文獻解讀| 隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

文獻解讀

原名：Temperature-dependent soil storage: Changes in microbial viability and?respiration in semiarid grasslands

譯名：隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：9.8

線上發(fā)表日期：2024年12月

發(fā)表日期：2025年3月

通訊作者：田建卿（中國科學院植物研究所）

亮點

（1）相比于-20℃，在4℃下儲存土壤細胞的存活率更高。

（2）在 4 °C 下溫和解凍 3 天可優(yōu)化凍土中的細胞活力。

（3）土壤呼吸對儲存的響應取決于土壤類型。

背景

土壤微生物是生物地球化學循環(huán)的關鍵引擎，也是土壤有機碳（SOC）分解和穩(wěn)定的關鍵驅動因素。理想情況下，研究人員應在取樣后立即對新鮮土壤進行大多數(shù)微生物活動和微生物介導的土壤生物地球化學分析，然而，由于實際限制，在低溫下儲存土壤是土壤微生物學研究中的常見做法，可能會影響微生物活力和微生物介導的呼吸作用，幾十年來，不適當?shù)膬Υ鏃l件導致了已發(fā)表的研究中相互矛盾的結論。目前對儲存過程中活微生物參數(shù)的變化和微生物介導的呼吸仍然缺乏了解。

材料與方法

（1）于2022年8月和2023年5月在從內蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)研究站（IMGERS；116?42′E，北緯43°38′，海拔約1260米)。中國內蒙古自治區(qū)采集了4種類型的土壤，包括大針茅（S.grandis）、羊草（L.chinensis）、西林河流域草甸（濕地）和渾善達克沙地（沙質）土壤。之后將4種類型的土壤樣本分別在4℃和?-20℃下儲存?0、5、40 和210天。對于在-20℃下保存的土壤，作者采用了兩種解凍方法：室溫下直接解凍和4 ℃下溫和解凍（gentle thawing）。作者研究了儲存期間微生物存活率（microbial viability）的趨勢和影響因素，以及培養(yǎng)期間微生物介導的呼吸作用的變化。

（2）檢測指標：含水量、總氮、總磷、微生物量碳、微生物量氮、粒徑分布、pH、陽離子交換量、16srRNA測序、細胞活性、土壤呼吸。

結果

（1）土壤儲存導致活細胞的存活率呈指數(shù)級下降（圖1a-b）。儲存溫度、持續(xù)時間和土壤類型對存活率和產量有顯著影響。在4℃下儲存5、40和210天后，存活率分別為77.0%、71.2%和47.3%。在-20℃下儲存后，存活率分別為69.1%、55.6%和38.1%（圖1a）?？傮w而言，與-20℃相比，在4℃下儲存時的存活率明顯更高。

（2）值得注意的是，土壤儲存溫度對濕地、S.grandis和L.chinensis土壤的影響更為明顯，而在沙質土壤中沒有觀察到顯著影響（圖1b）。

文獻解讀| 隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

圖1?土壤貯藏對土壤微生物活力的影響

（3）在-20℃儲存時，細胞存活率與含水率呈負相關，在4℃時沒有相關性（圖1c）。對于在-20℃下凍結的土壤，在4℃下溫和解凍比在室溫下直接解凍具有更高的存活率（圖1d）。

（4）在4℃下儲存期間的細胞存活率與G+細菌的相對豐度呈顯著正相關（圖2a），與G-細菌呈負相關（圖2b）。然而，在-20℃時，沒有觀察到這種相關性。

文獻解讀| 隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

圖2 土壤貯藏過程中本土群落組成對細胞活力的影響

（5）土壤儲存對二氧化碳釋放速率和累積二氧化碳釋放產生了顯著影響，這種影響的方向和程度因土壤類型而異（圖3）。

文獻解讀| 隨溫度變化的土壤儲存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的變化

圖3 四種土壤中培養(yǎng)期間，新鮮土壤和儲存土壤的CO2釋放速率和累積CO2釋放的變化

結論

（1）土壤儲存導致微生物存活率降低。當無法立即處理新鮮土壤時，建議在4℃下儲存以提高微生物活性。如果土壤已經凍結，3天的溫和解凍是保持微生物活力的最佳做法。

（2）土壤呼吸速率和累積呼吸對土壤儲存的反應方向和幅度在很大程度上取決于土壤類型。

總體而言，本研究提供了經驗證據(jù)，以指導開發(fā)最佳土壤儲存和預孵化實踐，以保護活土壤微生物的目的并確保準確的呼吸測量。

更多檢測活動進行中

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-end-

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土壤、植物酶活檢測

氨基糖、PLFA及其同位素、磷組分

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氨基酸、微生物量碳氮磷、同位素等

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最新資訊 MORE+
探討：根系分泌物研究方向及重要性分析

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2025 - 06 - 05

根系分泌物的研究是理解土壤-植物-微生物互作的核心環(huán)節(jié)，是破解土壤“黑箱”的鑰匙。對生態(tài)理論（如植物-微生物共進化）、應用實踐（智能農業(yè)、生態(tài)修復）均具深遠意義。01土壤生態(tài)系統(tǒng)的“隱形語言”根系分泌物是植物與土壤環(huán)境溝通的化學信號，包含有機酸、糖類、氨基酸、酚類、酶等數(shù)千種化合物。它們如同植物的“代謝指紋”，動態(tài)響應環(huán)境變化（如干旱、養(yǎng)分脅迫或病原體攻擊），并調控周圍土壤生物的活性。研究這些物質能揭示植物如何主動塑造其根際微環(huán)境，而非被動適應。02驅動土壤養(yǎng)分循環(huán)的關鍵引擎養(yǎng)分活化：例如，植物在缺磷時分泌檸檬酸、蘋果酸等有機酸，溶解土壤中固定的磷酸鹽；缺鐵時分泌酚類化合物（如禾本科植物的麥根酸）螯合鐵離子。碳分配策略：根系分泌物占植物光合產物的5%-40%，是土壤微生物的主要能源。其化學組成直接影響微生物介導的碳氮磷循環(huán)效率，進而決定土壤肥力。03超微生物群落的“指揮棒”選擇性招募：植物通過分泌物招募互利菌群（如固氮根瘤菌、菌根真菌），或抑制病原菌（如分泌抗菌酚類）。例如，豆科植物分泌黃酮類物質誘導根瘤菌結瘤基因表達。群落結構調控：分泌物組成差異會導致根際微生物α/β多樣性變化，影響生態(tài)功能（如抑病型微生物組的形成）。04應對全球變化的潛在杠桿氣候適應性：高溫或CO?升高可能改變分泌物量與成分（如增加糖類分泌），進而反饋于土壤碳封存潛力。理解這一機制有助于預測生態(tài)系統(tǒng)碳平衡。污染修復：某些分泌物（如紫蘇酮）能激活根際降解菌，加速石油烴、農藥等污染物的分解，為植物-微生物聯(lián)合修復提供策略。05農業(yè)可持續(xù)性的突破口精準施肥：解析作物品種的分泌物特征可指導微生物菌劑開發(fā)，減少化肥依賴（如利用磷solubilizing 細菌）。抗逆育種：篩選分泌物中關鍵抗逆物質（如干旱誘導的脫落酸類似物），可為抗性品種選育提供分子標記。連作障礙緩解：闡明分泌物積累導致的土傳病原菌富集機制（如黃瓜...
土壤鐵鋁氧化物及其結合態(tài)有機碳在生態(tài)環(huán)境中的差異性分析

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2025 - 05 - 30

在生態(tài)土壤研究中，土壤鐵鋁氧化物和鐵結合態(tài)有機碳是兩類不同的組分，它們在形成機制、生態(tài)功能及研究意義上存在顯著差異。鐵鋁氧化物和鐵結合態(tài)有機碳在有機碳固存中的雙向作用：鐵結合有機碳（OC-Fe）是MAOC的重要組成部分，通過形成Fe-有機復合物在SOC的積累和保存中起著至關重要的作用。Fe通過三種主要機制促進SOC的積累:促進土壤團聚體的形成、與溶解有機碳的吸附和共沉淀以及改變微生物活動。同樣，Al可以吸附到活性表面位點或與土壤固相共沉淀，從而增強SOC的穩(wěn)定性。因此， Fe- Al氧化物可以加速OC- Fe的積累并在SOC封存中發(fā)揮關鍵作用。編輯搜圖以下是兩者的主要區(qū)別： 1. 定義與組成鐵鋁氧化物化學本質：主要是鐵（Fe）和鋁（Al）的氧化物、氫氧化物及其水合礦物，如赤鐵礦（Fe?O?）、針鐵礦（FeOOH）、三水鋁石（Al(OH)?）等。來源：由原生礦物風化或次生礦物形成，受土壤pH、氧化還原條件及氣候影響。特點：無機礦物相，具有高比表面積和可變電荷，對磷、重金屬等有強吸附能力。鐵結合態(tài)有機碳化學本質：有機碳（如腐殖酸、多糖等）通過吸附、共沉淀或配位鍵與鐵氧化物結合形成的復合體。來源：有機質與鐵鋁氧化物的相互作用，常見于厭氧-有氧交替環(huán)境（如濕地、水稻土）。特點：有機-無機復合體，是土壤碳庫的重要穩(wěn)定形式。 ------------- 2. 形成機制鐵鋁氧化物通過化學風化（如硅酸鹽礦物分解）或氧化還原過程（如Fe²?氧化為Fe³?）形成。受土壤pH和Eh（氧化還原電位）調控，酸性或厭氧條件促進溶解，中性/好氧條件促進沉淀。鐵結合態(tài)有機碳吸附作用：有機碳通過靜電或配體交換吸附在鐵氧化物表面。共沉淀：有機質與鐵離子共同沉淀形成混合相（如鐵-有機膠體）。微團聚體保護：鐵鋁氧化物作為...
文獻解讀| 土壤有機碳閾值控制肥料對全球農田碳積累的影響

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2025 - 05 - 22

文獻解讀原名：Soil organic carbon thresholds control fertilizer effects on carbon accrual in croplands worldwide譯名：土壤有機碳閾值控制肥料對全球農田碳積累的影響期刊：Nature CommunicationsIF：14.7發(fā)表日期：2025.3第一作者：凌俊中國農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院養(yǎng)分利用與管理國家重點實驗室# 背景恢復土壤肥力和緩解全球變暖的舉措在于重建土壤有機碳（SOC）。氮（N）肥對作物產量至關重要，由于顆粒有機碳（POC）和礦物結合有機碳（MAOC）對氮肥施用的響應不同，氮肥施用對土壤碳積累的影響難以預測。為了闡明這些影響，我們通過全球薈萃分析與大陸規(guī)模的田間試驗相結合，研究初始SOC含量如何與氮肥相互作用來影響全球農田土壤的SOC積累。# 假設（1）氮肥施用促進了植物生產力和大團聚體的形成，從而增加了POC的積累和穩(wěn)定；（2）在土壤SOC匱乏的土壤中，資源化學計量和微生物養(yǎng)分需求之間的不平衡阻礙了微生物殘體碳（MBC）的形成和POC的分解，從而削弱了MAOC的積累；（3）較高的微生物代謝效率和微生物殘體量，再加上礦物保護，增加了富含SOC土壤中MAOC的含量。# 材料與方法（1）為了確定初始SOC含量是否影響POC和MAOC響應氮肥的全球變化，我們編制了一個數(shù)據(jù)庫，包括來自全球118個野外站點的609個POC和MAOC變化的配對觀察值（圖1），涵蓋了非常廣泛的初始SOC含量范圍（0.79~46.1g kg-1）；圖1研究地點的全球分布（2）中國四個試驗地點位于曲周（QZ，9.49 g kg-1）、長武（CW，9.51 g kg-1）、四平（SP，16.3 g kg-1）和雅安（YA，17.4 g kg...
微生物碳利用效率18O標記-研究與應用方向分析

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2025 - 05 - 13

18O標記技術的關鍵研究方向1、方法學優(yōu)化標記實驗設計：比較不同底物（簡單糖類 vs. 復雜有機物）對CUE的影響，明確18O-H?O標記時長與劑量效應。干擾因素控制：區(qū)分非生物過程（如化學氧化）對18O-CO?的貢獻，需通過滅菌對照實驗校正。同位素分析技術：結合氣相色譜-同位素比值質譜（GC-IRMS）或激光光譜，提高18O-CO?檢測靈敏度。2、生態(tài)機制解析微生物群落的影響：研究不同菌群（如真菌vs.細菌、r策略vs. K策略）的CUE差異，結合高通量測序（16S rRNA/ITS）關聯(lián)群落結構。環(huán)境脅迫響應：干旱、升溫、pH變化如何通過改變CUE影響碳分配（如：脅迫常降低CUE，增加呼吸損耗）。底物化學性質：木質素、纖維素等復雜底物通常導致更低CUE，需驗證18O標記在不同底物中的適用性。3、模型整合與驗證將18O-CUE數(shù)據(jù)納入土壤碳模型（如Michaelis-Menten動力學、Microbial Mineral Carbon Stabilization, MIMICS），改進微生物生長-呼吸參數(shù)化過程。驗證“微生物效率-碳截存”假說：高CUE是否真能促進土壤有機碳積累（爭議點：高CUE可能減少胞外酶分泌，反而抑制降解）。實際應用方面1、氣候變化與碳循環(huán)預測量化微生物呼吸對全球變暖的正反饋（低CUE → 更多CO?釋放），改進生態(tài)系統(tǒng)模型中的碳周轉模塊。評估土地利用變化（如農田耕作、森林砍伐）對土壤微生物功能的影響。2、土壤健康與農業(yè)管理通過調控CUE優(yōu)化有機肥施用（如添加易降解碳源提高CUE，促進微生物生物量積累）。指導免耕或覆蓋耕作，減少擾動對微生物群落的破壞，維持高CUE。3、污染修復與生態(tài)工程污染物（如重金屬、石油烴）脅迫下微生物CUE的變化可指示土壤恢復潛力。設計合成微生物群落，定向提升降解效率（如：高CUE菌株可能更快轉化有機污染物）。更多檢測相關內容...

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案例名稱：孵化中心

說明：栢暉生物科技有限公司項目孵化中心成立于2015.06.01日，研發(fā)領域涉及生物試劑耗材、儀器、新產品開發(fā)及各生物科技服務類項目等。自成立以來，陸續(xù)吸引了大批專家教授加盟合作，并與全國數(shù)十家高校及知名企業(yè)建立了良好的合作關系。中心共有博士及以上學位骨干人員10人，專門負責公司新產品研發(fā)等工作，已成功研發(fā)出無線溫度監(jiān)控器及NO檢測試劑盒等產品（詳情見成功案例），另有細胞分選儀等三個項目正在積極孵化當中。

2017 - 05 - 31

案例名稱：孵化中心流程

說明：

2017 - 07 - 17