土壤微生物研究的新方法、新进展

中国科学院南京土壤研究所

中国科学院南京土壤研究所的前身是1930年中央地质调查所土壤研究室，1953年扩建成立土壤研究所。从此，土壤微生物与生物化学成为土壤科学的重要分支学科之一。

60年来，在土壤微生物生态分布、土壤养分转化、土壤微生物多样性及其生态功能、土壤酶活性及污染土壤环境生物修复等方面有多年的科学积累和学科优势。

近十年来，中国科学院南京土壤研究所在“973”、“863”、国家自然科学基金和中国科学院知识创新工程等项目资助下，针对我国亟需解决的土壤生物环境问题，系统开展了土壤微生物研究方法、土壤微生物与土壤质量及环境修复等领域的研究。并正在积极筹建中国科学院土壤生物学重点实验室。主要创新性成果如下：

1.创造性地发展了稳定性同位素核酸探针（DNA/RNA-SIP）技术，在国内较早地应用新一代高通量测序技术分析了土壤微生物多样性，并建立SIP-Pyrosequencing研究平台。运用这些技术平台，针对封丘潮土和鹰潭红壤开展了氨氧化微生物多样性及其生理代谢特征的研究。发现氨氧化细菌主导了碱性农田潮土的氨氧化过程，其贡献率>77%；长期施NPK的酸性红壤中的主导氨氧化古菌与嗜中性的古菌高度亲缘；嗜酸古菌具有脲酶水解活性，推测脲酶水解可能是古菌嗜酸的重要机制之一。这些成果发表在The ISME Journal、Environmental Microbiology等主流刊物上，提升了对土壤硝化微生物的新认识。

3. 系统研究了高寒生态系统微生物群落及其应对气候变化的响应。发现北极土壤细菌空间分布主要由当代环境条件而非历史因素驱动，提出微生物与动植物在空间分布规律上的本质不同，美国生态学会以“Microbes break diversity rules”为题进行了专评；首次论证了pH是驱动土壤细菌、真核微生物垂直分布的关键因子，解析微生物与植物多样性垂直分布机制的不同；发现当代环境与历史因素共同驱动了青藏高原湖泊沉积物的细菌空间分布；发现火干扰后土壤微生物比植物群落有更快的恢复速率；绘制了青藏高原土壤微生物分布图。

4.分离获得了以高分子量多环芳烃为唯一碳源的高效降解菌，阐明了多环芳烃的微生物降解途径与机制，研制了微生物修复剂；分离到多株产漆酶活性的真菌及细菌，阐明了土壤中多环芳烃的漆酶氧化修复机制，揭示了豆科植物-根瘤菌共生体的土壤修复功能，提出了多氯联苯及多环芳烃污染农田土壤的豆科植物-根瘤菌联合修复的新原理与新技术。