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我国学者在探究湿地土壤酶对排水的响应方面取得新进展

花匠小妙招
2024-10-07 08:32

我国学者在探究湿地土壤酶对排水的响应方面取得新进展

日期 2024-09-20　来源：

地球科学部

　作者：

郑袁明肖军

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图植物-微生物交互作用调控湿地土壤酶对排水的响应

　　湿地储存了全球约三分之一的土壤碳，对调节气候变化具有重要作用。淹水厌氧环境对胞外酶（特别是酚氧化酶）活性的抑制作用被认为是湿地有机碳长期积累的关键因素之一。然而，湿地胞外酶活性对排水的响应存在极大的不确定性。明确湿地胞外酶对排水的差异化响应规律和机制，有助于准确预测气候变化下湿地碳动态及其对气候的反馈。

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42025303、31988102、42230501）等资助下，中国科学院植物研究所冯晓娟研究员团队在探究湿地土壤胞外酶对排水的响应方面取得新进展。相关成果以“植物-微生物交互作用主导胞外酶对湿地排水的差异化响应（Plant-microbe interactions underpin contrasting enzymatic responses to wetland drainage）”为题，于2024年8月15日发表在《自然•气候变化》（Nature Climate Change）上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41558-024-02101-3。

　　气候变化和人类活动导致的湿地排水会通过曝氧增加酚氧化酶活性，加速有机碳降解。然而也有研究表明，湿地排水后酚氧化酶活性可能不变，甚至降低。因此，湿地胞外酶响应排水的内在机制仍存在较大争议。为了解决这个问题，研究团队在2020-2023年，对我国30个经历了长期（15-55年）排水的湿地（包括14个泥炭藓湿地和16个非泥炭藓湿地）进行了配对采样，通过胞外酶活性测定、微生物宏基因组及植物代谢组分析，结合文献数据整合和室内培养试验，解析了胞外酶活性对湿地排水的差异化响应规律和调控机制。

　　研究发现，尽管短期排水通过增加土壤氧气含量普遍促进了湿地酚氧化酶活性，但是胞外酶对长期排水的响应在泥炭藓和非泥炭藓湿地中截然不同。在非泥炭藓湿地中，长期排水通过增加植物次级代谢产物（特别是抑菌酚类）的含量，降低了合成酚氧化酶的微生物和相关功能基因的丰度，进而导致酚氧化酶活性下降。相反，在泥炭藓湿地中，排水导致富含抑菌酚类代谢产物的泥炭藓被草本植物取代，进而增强了合成酚氧化酶的微生物丰度，提高了土壤酚氧化酶活性，并进一步增强了水解酶活性。因此，植物-微生物交互作用（而非氧气含量）是调控湿地胞外酶活性对长期排水响应的关键因素。

　　本研究阐明了酚氧化酶活性在不同类型湿地中对排水的差异化响应规律，解决了关于“酶栓”机制适用范围（短时间尺度）的争议，并提出了长时间（年际）尺度上调控湿地胞外酶活性的关键因素（植物-微生物交互作用），凸显了气候变化下植物功能性状变化对湿地碳动态的重要调控作用。