研究发现氧同位素标记对土壤微生物功能的阈值效应

微生物是驱动土壤碳、氮、磷等元素循环的核心生物类群。准确量化微生物生长、活性及其参与的生物地球化学过程，是理解土壤生态系统功能的基础。

近期，中国科学院沈阳应用生态研究所在氧同位素（¹⁸O）影响微生物功能属性研究方面取得进展。该研究以长白山阔叶红松林有机层土壤为研究对象，以¹⁸O-H₂O作为稳定同位素示踪剂，设置连续标记丰度梯度，结合高通量全长测序、功能基因分析和微生物生长测定等方法，系统评估¹⁸O-H₂O标记丰度对土壤微生物群落组成、功能基因谱和生理过程的影响。

研究发现，约6%的细菌类群对¹⁸O-H₂O丰度梯度表现出显著响应，但这些类群贡献了约50%的群落相对丰度，说明少数优势类群对同位素标记丰度变化较为敏感。分析进一步表明，负响应和正响应类群分别在约25atom%¹⁸O和40atom%¹⁸O附近出现明显转折点；微生物功能基因响应阈值略高，负响应和正响应分别在约40atom%¹⁸O和45atom%¹⁸O附近；微生物呼吸在约22atom%¹⁸O附近出现阈值响应，而微生物生长随¹⁸O-H₂O丰度增加仅表现出轻微上升趋势，未检测到明确的阈值响应。

研究表明，¹⁸O-H₂O标记丰度可对土壤微生物产生协调但过程特异的阈值效应。当¹⁸O-H₂O标记丰度超过40atom%¹⁸O时，可能对土壤微生物群落和功能产生明显扰动。基于此，研究建议¹⁸O-H₂O标记丰度不超过40atom%¹⁸O。这一成果为优化稳定同位素探针技术及促进多研究间结果比较提供了科学参考。

相关研究成果发表在Soil Biology and Biochemistry上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院相关项目等的支持。

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