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城市环境所对磷脂在土壤中的快速周转研究证实了PLFA方法的经典假设

2019-06-06 城市环境研究所
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  磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid, PLFA)分析是微生物鉴定和群落结构测试的重要方法。与核酸检测相比,PLFA在表征微生物活体细胞和精确定量微生物量方面具有明显优势。然而,PLFA方法是建立在一个经典假设的基础上,即认为磷脂会随着细胞死亡而迅速降解。遗憾的是,迄今磷脂在土壤中的降解速率从未被准确量化。中国科学院城市环境研究所研究人员选取细菌(大肠杆菌、甲烷氧化菌)和真菌磷脂作为研究对象,结合13C标记技术,分析了13C标记游离磷脂在土壤中的周转速率,测定了土壤微生物量及温度等因素对游离磷脂周转速率的影响,在国际上首次证实了PLFA方法的经典假设。

  首先,研究人员通过室内培养实验发现,尽管添加的磷脂的种类及含量不同,但是13C-PLFA的变化呈现相似的趋势(图1),并且不同的磷脂脂肪酸也呈现相同的降解趋势。根据模型拟合发现总磷脂脂肪酸的半衰期约在20小时左右,特征脂肪酸的半衰期在14-27小时,不同特征脂肪酸略有差异。

  其次,不同土壤微生物量和培养温度对磷脂脂肪酸的降解研究发现,土壤微生物量不是影响磷脂降解的限制因素,而温度可显著影响PLFA的降解(图2),在该研究中发现低温会增长磷脂降解的半衰期。

  研究同时发现,在i15:0,14:0和16:1ω5c等PLFA中检测到13C,表明试验中可能出现二次同化。根据含量最高的特征脂肪酸i15:0得出二次同化比例小于该成分的1%,因此该研究可以忽略二次同化对磷脂周转速率测定的影响。

  总之,该研究通过外源游离磷脂结合13C标记分析磷脂种类、土壤微生物量和温度对周转速率的影响,对磷脂在土壤中的周转过程进行了准确量化,证实了PLFA仅表征活体微生物这一经典假设。

  该研究于5月26日以High turnover rate of free phospholipids in soil confirms the classic hypothesis of PLFA methodology 为题在线发表在Soil Biology and Biochemistry 杂志上(Vol 135, 323-330)。城市环境所研究生张迎迎、郑宁国为论文共同第一作者,研究员姚槐应为论文通讯作者。该研究受到国家自然科学基金(41525002,41761134085)、国家重点研发项目(2017YFD0200102)和中科院战略性先导科技专项(XDB15020301)的资助。

  论文链接 

 

图1 真菌的总13C-PLFA和特征脂肪酸的13C 含量变化

 

图2 不同温度及土壤微生物量条件下13C-PLFA含量变化

 

城市环境所对磷脂在土壤中的快速周转研究证实了PLFA方法的经典假设

打印 责任编辑:叶瑞优

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