脂肪酸直接并入土壤中的微生物磷脂

脂肪酸直接并入土壤中的微生物磷脂

【摘要】 根据微生物群落的烷基需求，棕榈酸盐13C 以完整的脂肪酸链(即棕榈酸盐的 C 骨架没有被切割)结合到 PLFA 中，而棕榈酸盐则被结合到完整或改性(例如去饱和、拉长或分枝)中。

脂肪酸一直被用作植物和微生物的生物标志物，了解它们在土壤和沉积物中的转换通路对于解释脂肪酸特征至关重要，特别是因为它们的形成、循环和分解;腐败过程是同时进行的。我们分析了游离脂肪酸掺入土壤中微生物脂肪酸的情况，方法是利用耦合特定位置的13C 标记和化合物特定位置的13C 分析。

将13C 标记的棕榈酸酯定位均匀地应用于一种农用液体溶胶中。通过分析来自棕榈酸盐个体分子位置的13c 的微生物利用率及其与磷脂脂肪酸(PLFA)的结合，追踪脂肪酸的途径。

棕榈酸盐13C 在土壤中的拥有属性是微生物脂肪酸代谢的主要途径: 奇数位(C-1)在三羧酸循环中优先被氧化为二氧化碳，而偶数位(C-2)则优先被纳入微生物生物量。这种模式是棕榈酸酯裂解成乙酰辅酶 A 及其在 C 代谢主要途径中进一步应用的结果。我们观察到超过4% 的加入棕榈酸盐直接完整地掺入微生物细胞膜的 PLFA 中，表明棕榈酸盐作为微生物脂肪酸的直接前体的重要作用。

根据微生物群落的烷基需求，棕榈酸盐13C 以完整的脂肪酸链(即棕榈酸盐的 C 骨架没有被切割)结合到 PLFA 中，而棕榈酸盐则被结合到完整或改性(例如去饱和、拉长或分枝)中。这些修饰的结合棕榈酸盐随着时间的推移增加。因此，未来的 PLFA 研究必须考虑回收现有的植物和微生物衍生的脂肪酸。

脂类是植物生物量的重要组成部分。它们包括约3-10% 的地上植物生物量和0.5-5% 的地下植物生物量，因此是植物源 C 输入土壤的重要组成部分。此外，微生物生物量含有约10% 的脂质，主要在细胞膜和细胞壁中，并且显着有助于脂质 SOM 库。长期保存的一些脂质类别，如烷烃和脂肪酸，使其成为重要的生物标志物，可用于区分植被类型。角质-suberin 衍生的羟化或多羧酸使地上凋落物输入与地下凋落物输入分化。

微生物能够利用脂质作为底物，并将其分解为代谢产物。它们也可以建立自己的脂质，显著促进 SOM 的脂质和初始脂质化合物的修饰。在应用脂质作为生物标志物时，需要考虑这种脂质生物标志物的转化。最近的研究表明，植物来源的生物标志物可以修饰和覆盖的根茎微生物的活性。对于一些生物标志物类别如甾醇，植物或动物来源的脂质的微生物修饰被特别用于追踪微生物群落的影响。

对于其他类别，如烷烃，已经开发了用于校正植物衍生信号的微生物叠印的方法。尽管如此，目前有关土壤中微生物利用和脂质转换的知识仍然很少，尚不清楚微生物是喜欢低分子量前体的脂质新合成，还是喜欢可利用的脂质化合物(例如脂肪酸)的再利用。根据最经济途径的生物化学原理，细胞倾向于使用预先形成的生物质合成构件。这个原理可能对大多数代谢产物有效，但很少测试，特别是在自然环境中的微生物。

因此，我们假设由植物或微生物生物脂质释放的分解;腐败前体是微生物进一步合成脂质的首选基质。我们追踪了土壤中最丰富的脂肪酸——棕榈酸(棕榈酸)——作为形成 PLFA 的微生物基质的利用情况。棕榈酸是植物和微生物脂肪酸代谢的关键化合物。通过研究其微生物利用和转换途径，可以大致了解微生物对土壤脂质的改性。

为了阐明微生物脂肪酸的代谢途径，我们采用了位置特异性标记的方法。该工具最初是在生物化学领域开发的，用于研究代谢途径，并在过去几年中越来越多地用于土壤生物地球化学。这种方法能够通过不同的池或代谢物追踪每个 c 位的命运，从而有助于重建每个转换步骤。在含有不可交换氢的脂质的情况下，可以基于氘标记进行类似的代谢研究。

微生物合成脂肪酸的知识主要来源于纯培养的实验。脂肪酸可以由乙酸盐等前体新合成，或者可用的脂质前体可以被微生物修饰。如果以棕榈酸盐作为基质，那么棕榈酸盐 C 可以用于 PLFA 合成有三种可能的机制: (1)再合成途径，即分子完全降解为乙酰辅酶 A 单元，并随后从 C2-部分重建新的脂肪酸：该途径是土壤和沉积物中微生物形成脂质的常规思路。(2)从羧基开始，C2单元的部分逐步降解，没有棕榈酸盐的完全分解: 随后，只有部分分子被掺入到新形成的脂肪酸中。(3)棕榈酸盐的未转化利用，因为它是微生物中最丰富的脂肪酸。

最近的研究结果强烈表明，在海洋沉积物中，甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)的核心单元完整地重复使用。这支持了复杂的脂质代谢物在沉积物和土壤中发挥重要作用的观点。微生物利用完整的烷基链，可以保存微生物脂质中原有的植物同位素讯号。位置特异性同位素标记是唯一能够区分这三种脂质形成和转换的途径的工具。这种方法将加深我们对土壤中脂肪酸的微生物转换的理解，并改进我们对土壤和沉积物中脂质同位素特征的解释。

1.Michaela A. Dippold, Yakov Kuzyakov, Direct incorporation of fatty acids into microbial phospholipids in soils: Position-specific labeling tells the story, Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 174, 2016, Pages 211-221, ISSN 0016-7037, https://doi.org/10.1016/j.gca.2015.10.032.

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