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沈陽生態所揭示氮素驅動下土壤病毒與細菌的響應和互作過程

2019-04-18     來源:中國科學院

  土壤細菌是陸地生態過程的重要驅動者,而土壤病毒則是細菌多樣性與活性的關鍵調控推手。土壤病毒能夠識別和響應環境因子變動,并特異性裂解某些細菌功能群,以平衡土壤物質循環,土壤中大約30%-50%的細菌死亡事件與病毒裂解有關。然而,受限于土壤的異質性,土壤中病毒與細菌的互作方式一直是土壤生態學的研究黑箱。土壤病毒如何響應氮素變化、調控細菌微生態系統以驅動氮素循環,更是研究盲點。由于旱田土壤對病毒移動性的限制(由異質性導致)在水田中極其微弱,水田土壤是研究病毒與細菌互作的優良模型。

  中國科學院沈陽應用生態研究所環境微生物組基于沈陽生態站長期控制施肥稻田耕作試驗平臺,采用落射熒光病毒計數,擴增子測序,RAPD-毛細管電泳圖譜,氣相色譜等方法,對稻田農藝措施(干濕交替,尿素施用)誘發的土壤病毒-細菌互作過程,及其對稻田土壤氮素的調控模式進行了觀測和研究。

  結果顯示,土壤病毒能夠快速響應土壤氮素豐度的改變,并實時地特異性裂解固氮細菌以封閉土壤從大氣中攝取氮素的微生物過程。同時,甲烷產生菌成為此次下行調控中的最大受益者,其種群豐度及活性被顯著提升。同時,該研究觀測到土壤病毒在尿素施入初期并未選擇殺死過剩的細菌,而是更多地搭乘細菌以維持更大的生物量,為隨后劇烈的下行調控做準備。這種韜光養晦的“Piggy-Back-Winner”策略以往僅見于海洋病毒群落,該研究首次在土壤微生態系統中觀測并報道了上述病毒-細菌互作模式。

  相關成果以Dynamics of Bacterial and Viral Communities in Paddy Soil with Irrigation and Urea Application 為題發表在病毒學期刊Viruses上(Doi: 10.3390/v11040347)。沈陽生態所博士生李玉婷為第一作者,研究員徐慧為通訊作者。

  文章鏈接 

 

  圖片說明:a: 土壤病毒多樣性RAPD毛細管電泳圖譜及聚類分析,b: 氮素驅動下土壤病毒特異性裂解物種豐度及時空動力學特征,c:氮素驅動下的稻田土壤病毒/細菌多樣性,d: 氮素驅動下土壤噬菌體/細菌群落分布特征,e: 氮素驅動下土壤噬菌體與細菌的交互模式和互作模型

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文章關鍵字: 氮素  細菌  土壤

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