土壤動物腸道微生物的生態(tài)學(xué)功能取得進(jìn)展

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來源：城市環(huán)境所

2019-04-04

蚯蚓是土壤中主要的大型土壤動物，它們對于土壤中碳素的穩(wěn)定、礦化以及氮素的周轉(zhuǎn)等方面有重要的貢獻(xiàn)。但是此前，大多的研究都停留在土壤物本身，而忽略了土壤動物腸道微生物在其宿主發(fā)揮這些生態(tài)學(xué)功能過程中的作用。

蚯蚓是土壤中主要的大型土壤動物，它們對于土壤中碳素的穩(wěn)定、礦化以及氮素的周轉(zhuǎn)等方面有重要的貢獻(xiàn)。但是此前，大多的研究都停留在土壤物本身，而忽略了土壤動物腸道微生物在其宿主發(fā)揮這些生態(tài)學(xué)功能過程中的作用。土壤動物的腸道是土壤微生物另一重要的“棲息地”，是一個天然可移動的厭氧環(huán)境，為厭氧微生物的生長和繁殖提供了有利條件。

在土壤環(huán)境中，蚯蚓腸道通過取食不僅獲得了其中含碳、含氮化合物，同時還攝入了大量的鐵（氫）氧化物。中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所研究人員推測蚯蚓腸道有著巨大的異化Fe(III)還原潛能。以往關(guān)于微生物介導(dǎo)的Fe(III)還原過程大都停留在土壤介質(zhì)本身。因此，闡明蚯蚓腸道微生物的Fe(III)還原作用對于全面深入理解土壤微生物在Fe的生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用有著重要的啟示意義。然而，關(guān)于蚯蚓腸道內(nèi)Fe(Ⅲ)的還原及其與腸道內(nèi)其他反應(yīng)過程的相互作用研究較少。該研究將蚯蚓腸道內(nèi)容物恒溫培養(yǎng)后的樣品進(jìn)行化學(xué)分析并結(jié)合16S rRNA的Illumina測序技術(shù)，探明了Fe(Ⅲ)在蚯蚓Pheretima guillelmi腸道中的變化動態(tài)，并揭示了Fe(Ⅲ)與有機(jī)酸-硝酸鹽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的相互作用?；瘜W(xué)分析表明：與蚯蚓P. guillelmi生活的土壤環(huán)境相比，其腸道中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)、亞硝酸鹽/硝酸鹽比值更高，所含有機(jī)酸更豐富。與原位土壤環(huán)境相比，蚯蚓腸道內(nèi)容物被檢測到了更高的Fe(Ⅲ)還原率。無論是在原位土壤還是蚯蚓腸道環(huán)境，硝酸鹽的還原均比Fe(Ⅲ)的還原更早發(fā)生。在蚯蚓腸道內(nèi)容中Fe(Ⅲ)還原菌由具有發(fā)酵能力的Clostridium，Bacillus和Desulfotomaculum所主導(dǎo)，而在原位土壤中Fe(Ⅲ)還原菌則由Geobacter主導(dǎo)。并且，蚯蚓腸道內(nèi)容物中多種還原Fe(Ⅲ)的微生物都具有反硝化功能，說明蚯蚓腸道中的Fe(Ⅲ)還原與脫氮反應(yīng)之間具有密切聯(lián)系?？傊撗芯拷Y(jié)果揭示了蚯蚓腸道中Fe(Ⅲ)還原反應(yīng)的發(fā)生，以此證明蚯蚓腸道微生物對土壤中Fe循環(huán)的巨大潛能，其為理解土壤環(huán)境中的C和N循環(huán)提供了新的角度。

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