土壤有機碳是地球表層陸地生態(tài)系統最大的碳庫，其動(dòng)態(tài)平衡不僅反映了生物群落組成和生態(tài)功能的變化，也深刻影響了生物圈溫室氣體的排放和氣候變化過(guò)程。在當前全球溫室效應日益顯著(zhù)的背景下，土壤碳庫研究逐漸成為了生態(tài)學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。土壤微生物是驅動(dòng)土壤碳轉化的關(guān)鍵類(lèi)群，盡管宏組學(xué)技術(shù)可通過(guò)基因豐度來(lái)預測物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，但受制于微生物生理狀態(tài)、土壤有機質(zhì)化學(xué)結構類(lèi)型、有機碳氧化還原狀態(tài)差異等復雜因素的影響，在微生物群落水平上開(kāi)展土壤碳循環(huán)格局及過(guò)程的研究始終是一個(gè)難題。 

　　在超過(guò)全球陸地面積40%的干旱區，由藍藻、地衣、苔蘚等隱花植物支撐的生物結皮群落（Biocrusts）分布廣泛。它們不僅能防風(fēng)固沙、成土培肥，還能促進(jìn)荒漠生態(tài)系統生物群落的發(fā)育演替，其特征明顯的初生演替過(guò)程是利用宏組學(xué)手段開(kāi)展土壤生物群落研究的理想模式材料。中國科學(xué)院水生生物研究所胡春香研究員團隊在前期多年研究工作基礎上，對典型野外樣地不同演替階段的生物結皮（藻結皮、藍藻地衣結皮、綠藻地衣結皮和蘚結皮）開(kāi)展了連續四年五批次的采樣調查工作，運用多種宏基因組技術(shù)及大數據模型分析手段，結合生理層面的酶活性測定和環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析，揭示了生物結皮群落微生物碳循環(huán)格局及其互作和調節機理。相關(guān)研究成果以“Carbon cycle in the microbial ecosystems of biological soil crusts”為題，近日在線(xiàn)發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Soil Biology and Biochemistry（DOI: 10.1016/j.soilbio.2022.108729）。 

　　宏基因組的測序分析結果表明，耗能的光能驅動(dòng)的無(wú)機碳（Inorganic Carbon, IC）固定基因豐度較低，經(jīng)濟的化能驅動(dòng)的高分子有機碳降解、發(fā)酵、需氧呼吸和CO氧化基因較豐富。在有機碳的分解過(guò)程中，初期淀粉/糖原和纖維素的降解相關(guān)基因豐度更高，末期發(fā)酵相關(guān)基因的豐度更高。結合絕對定量的GeoChip分析及關(guān)鍵酶活性測定，發(fā)現在演替過(guò)程中無(wú)機碳固定、發(fā)酵、CH₄氧化、淀粉/糖原和肽聚糖降解過(guò)程均呈下降趨勢，多個(gè)高效的IC固定途徑及CO氧化和大多類(lèi)型的有機碳降解呈增加趨勢。共現分析進(jìn)一步表明，生物結皮生態(tài)系統中的碳循環(huán)由類(lèi)似于初級生產(chǎn)的同化模塊和類(lèi)似于次級生產(chǎn)的異化模塊組成；隨演替，循環(huán)途徑與微生物群落組成之間的關(guān)系發(fā)生著(zhù)動(dòng)態(tài)變化，兩個(gè)模塊通過(guò)CBB循環(huán)、乙醇和丙酸發(fā)酵連接在一起，并被干旱度和鹽度平衡。以上研究結果深化了對生物結皮演替過(guò)程中碳循環(huán)途徑和調控機制的理解，并為深入揭示氣候變化條件下全球干旱區碳庫平衡動(dòng)態(tài)提供了研究基礎。 

　　水生所王瓊博士為本論文第一作者、胡春香研究員為論文通訊作者，水生所張承才研究員、武漢理工大學(xué)張德祿教授參與了該項研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（41877339）、中科院先導A項目（XDA17010502）及中科院特色研究所服務(wù)項目（Y85Z061601）的資助。

    文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071722001869