濕地儲(chǔ)存了全球約三分之一的土壤碳，淹水厭氧環(huán)境對(duì)胞外酶（特別是酚氧化酶）活性的抑制作用被認(rèn)為是濕地有機(jī)碳長(zhǎng)期積累的關(guān)鍵因素之一。然而，濕地胞外酶活性對(duì)排水的響應(yīng)存在極大的不確定性，明確其背后的調(diào)控機(jī)理有助于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣候變化下濕地碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候的反饋。

國(guó)家植物園南園馮曉娟研究組在2020-2023年，對(duì)我國(guó)30個(gè)經(jīng)歷了長(zhǎng)期（15-55年）排水的濕地（包括14個(gè)泥炭蘚濕地和16個(gè)非泥炭蘚濕地）進(jìn)行了配對(duì)采樣（包括自然淹水濕地和人工疏干濕地），通過(guò)胞外酶活性測(cè)定、微生物宏基因組及植物代謝組分析，結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)整合和室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，解析了胞外酶活性對(duì)濕地排水的差異化響應(yīng)規(guī)律和調(diào)控機(jī)制。

植物-微生物交互作用調(diào)控濕地胞外酶對(duì)排水的響應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)，盡管短期排水通過(guò)增加土壤氧氣含量普遍促進(jìn)了濕地酚氧化酶活性，但是胞外酶活性對(duì)長(zhǎng)期排水的響應(yīng)在泥炭蘚和非泥炭蘚濕地中截然不同。在非泥炭蘚濕地中，長(zhǎng)期排水通過(guò)增加植物次級(jí)代謝產(chǎn)物（特別是抑菌酚類）的含量，降低了合成酚氧化酶的微生物和相關(guān)功能基因的豐度，進(jìn)而導(dǎo)致酚氧化酶活性下降。相反，在泥炭蘚濕地中，排水導(dǎo)致富含抑菌酚類代謝產(chǎn)物的泥炭蘚被草本植物所取代，進(jìn)而增強(qiáng)了合成酚氧化酶的微生物豐度，提高了土壤酚氧化酶活性，并進(jìn)一步增強(qiáng)了水解酶活性。因此，植物-微生物交互作用（而非氧氣含量）是調(diào)控濕地胞外酶活性對(duì)長(zhǎng)期排水響應(yīng)的關(guān)鍵因素。該發(fā)現(xiàn)突破了以氧氣作用為核心的經(jīng)典“酶栓”機(jī)制，揭示了氣候變化下植物功能性狀變化對(duì)濕地碳動(dòng)態(tài)的重要調(diào)控作用。

該項(xiàng)研究成果于8月15日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Climate Change。國(guó)家植物園南園特別研究助理趙云鵬為論文第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

碳循環(huán)與有機(jī)地球化學(xué)研究組

組長(zhǎng)：馮曉娟研究員

郵箱：xfeng@ibcas.ac.cn

主要從事土壤碳循環(huán)與全球變化研究，聚焦于“土壤有機(jī)質(zhì)的分子生物地球化學(xué)”；應(yīng)用生物標(biāo)志物、有機(jī)單體同位素等分子水平的地球化學(xué)方法，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)，研究陸源有機(jī)碳在陸地以及河流系統(tǒng)中的循環(huán)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻