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我所在碳、氮活性对土壤氨基酸转化和更新的影响研究方面取得进展
大  中   2016-11-08 打印本页 关闭

  土壤氨基酸是土壤有机质的重要组成成分,在土壤有机质周转中起到过渡和调节作用。揭示土壤氨基酸的微生物转化动态和更新过程,一方面能够加深我们对土壤有机质稳定化和分解过程的认识,另一方面为土壤碳、氮转化循环研究提供新的思路。土壤氨基酸主要以游离态氨基酸和蛋白质来源氨基酸(聚合态)两种形式存在,并以蛋白质来源氨基酸为主。研究表明,底物的可利用性控制着土壤氨基酸的合成和分解。然而,与我们对游离态氨基酸周转的广泛认识相比,碳氮可利用性的变化对土壤中蛋白质来源氨基酸的积累和周转的影响目前却并不十分清楚。 

  为此,中国科学院沈阳应用生态研究所何红波研究组利用15N稳定同位素培养-液质联机技术,分别测定了15N标记的铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)来源的13种氨基酸的合成和转化动态。结果表明:外源底物加入后以代谢组分的形势被快速固持。在微生物增殖期间,土壤氨基酸的动态和保持由加入底物可利用性的变化而非底物的静态化学计量学特征所决定。微生物利用NH4+-N合成氨基酸的数量显著高于NO3--N,这证实了与氧化态的NO3--N相比,微生物偏爱吸收利用还原态的NH4+-N,这是因为同化NH4+-N需要较低的碳源和能源。在培养后期,土壤原有氨基酸发生分解表明氨基酸能够部分矿化来满足微生物对碳源和能源的需求,但是分解的程度受到外加氮素形态的影响。以NH4+N源可保持较高的外源氮素固持量,同时与氨基酸的净积累密切相关;而NO3-加入则导致新合成的氨基酸被原有氨基酸的分解抵消,使氨基酸总量表现为相对稳定。以上结果说明能量需求调控不同形态氮素的微生物利用以及功能蛋白质的周转,这些发现可能对农田土壤氮素循环管理和调控具有重要意义。 

  进一步研究发现各氨基酸自身的化学性质,如碳氮含量、合成途径对蛋白质来源氨基酸的周转影响很小,各氨基酸单体以蛋白质的形式相互关联、协同转化,共同控制着土壤氨基酸的更新与累积。这一发现与游离态氨基酸的转化受到其自身性质、合成途径的控制显著不同,为土壤有机质周转研究提供了重要启示,加深了对碳氮元素的生物地球化学循环的认识。 

  以上研究成果以The transformation and renewal of soil amino acids induced by the availability of extraneous C and N为题发表在土壤学顶级刊物Soil Biology & Biochemistry上。何红波课题组的博士生胡国庆为文章的第一作者,何红波研究员和张旭东研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金重点(41130524)和面上(41271251)项目以及中国科学院战略先导微生物专项(No. XDB15010303)资助。 

  15N-铵态氮(T1)和-硝态氮(T2)添加下,总氨基酸的15N丰度的动态变化 

 

15N-铵态氮(a)和-硝态氮(b)添加下,13种氨基酸单体的原子百分超的动态变化

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