濕地儲存了全球約三分之一的土壤碳,淹水厭氧環(huán)境對胞外酶(特別是酚氧化酶)活性的抑制作用被認為是濕地有機碳長期積累的關(guān)鍵因素之一。然而,濕地胞外酶活性對排水的響應(yīng)存在極大的不確定性,明確其背后的調(diào)控機理有助于準確預(yù)測氣候變化下濕地碳動態(tài)及其對氣候的反饋。
國家植物園南園馮曉娟研究組在2020-2023年,對我國30個經(jīng)歷了長期(15-55年)排水的濕地(包括14個泥炭蘚濕地和16個非泥炭蘚濕地)進行了配對采樣(包括自然淹水濕地和人工疏干濕地),通過胞外酶活性測定、微生物宏基因組及植物代謝組分析,結(jié)合文獻數(shù)據(jù)整合和室內(nèi)培養(yǎng)試驗,解析了胞外酶活性對濕地排水的差異化響應(yīng)規(guī)律和調(diào)控機制。
植物-微生物交互作用調(diào)控濕地胞外酶對排水的響應(yīng)
研究發(fā)現(xiàn),盡管短期排水通過增加土壤氧氣含量普遍促進了濕地酚氧化酶活性,但是胞外酶活性對長期排水的響應(yīng)在泥炭蘚和非泥炭蘚濕地中截然不同。在非泥炭蘚濕地中,長期排水通過增加植物次級代謝產(chǎn)物(特別是抑菌酚類)的含量,降低了合成酚氧化酶的微生物和相關(guān)功能基因的豐度,進而導(dǎo)致酚氧化酶活性下降。相反,在泥炭蘚濕地中,排水導(dǎo)致富含抑菌酚類代謝產(chǎn)物的泥炭蘚被草本植物所取代,進而增強了合成酚氧化酶的微生物豐度,提高了土壤酚氧化酶活性,并進一步增強了水解酶活性。因此,植物-微生物交互作用(而非氧氣含量)是調(diào)控濕地胞外酶活性對長期排水響應(yīng)的關(guān)鍵因素。該發(fā)現(xiàn)突破了以氧氣作用為核心的經(jīng)典“酶栓”機制,揭示了氣候變化下植物功能性狀變化對濕地碳動態(tài)的重要調(diào)控作用。
該項研究成果于8月15日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Climate Change。國家植物園南園特別研究助理趙云鵬為論文第一作者,馮曉娟研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目的資助。
碳循環(huán)與有機地球化學(xué)研究組
組長:馮曉娟研究員
郵箱:xfeng@ibcas.ac.cn
主要從事土壤碳循環(huán)與全球變化研究,聚焦于“土壤有機質(zhì)的分子生物地球化學(xué)”;應(yīng)用生物標志物、有機單體同位素等分子水平的地球化學(xué)方法,結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)控制實驗,研究陸源有機碳在陸地以及河流系統(tǒng)中的循環(huán)及其對氣候變化的響應(yīng)。
編輯 | 韓藝
審核 | 梁鵬鴻
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