科学家阐明生态系统功能的微生物维持机制

近日，东北林业大学生态学院团队在生态系统多功能性的微生物维持机制方面取得新进展。该研究揭示了土壤微生物通过调整高产-资源获取-胁迫耐受生态对策来应对干旱的内在机制，从微生物生态对策的新视角阐明了生态系统功能的微生物维持机制。相关成果发表于美国《国家科学院院刊》。

生态系统为人类提供的服务依赖于其多功能性，然而气候变化引起的全球干旱事件正威胁着生态系统多功能性。如何提升生态系统的干旱韧性，已成为全球关注的重要科学问题。以往研究多聚焦于气候、植被及地上生物多样性等因素对生态系统多功能性的影响，而土壤微生物群落通过何种生态对策适应干旱并调控生态系统多功能性尚不清楚。

针对上述问题，团队于2022年在全国范围内开展了大规模的生态系统调查，采集了涵盖森林、草地和荒漠生态系统的474份土壤样本。通过测定涉及生产力、碳固持、土壤养分、水分调节、微生物分解及微生物栖息地这六个方面的20项关键功能指标，并采用平均值法和多阈值法量化生态系统多功能性。通过随机森林分析方法发现，干旱是调控我国生态系统多功能性的核心驱动因子。

生态系统多功能性的关键驱动因子。东北林业大学供图

研究成果还进一步分析揭示了生态系统多功能性对干旱的非线性响应，当干旱超过特定阈值后，生态系统多功能性会发生断崖式下降。此外，土壤微生物功能衰退的干旱阈值要比植物功能和土壤功能的干旱阈值更高，表现最强的干旱抗性。因此，土壤微生物可能构成了抵御干旱、维持生态系统多功能性的“最后防线”。

研究结合宏基因组测序、稳定同位素示踪和生理测定等技术，还量化了微生物的高产-资源获取-胁迫耐受生态对策。研究发现微生物会通过增加对资源获取和胁迫耐受生态对策的碳投资，以适应干旱引起的资源限制和环境胁迫，但这往往以牺牲其自身生长为代价。此外，微生物资源获取和胁迫耐受生态对策会降低生态系统多功能性，而高产生态对策有助于提升生态系统多功能性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2511071122