微生物代谢调控有机输入诱导的土壤激发效应：糖类与脂质的差异化驱动机制

本研究通过全球尺度meta分析和SIP-metagenomics技术，揭示糖类（如葡萄糖）通过激活高多样性菌群及糖苷水解酶(GHs)基因，比脂质（如甘油）诱导更强的土壤有机碳激发效应(priming effect)。该发现为理解微生物代谢平衡（合成代谢vs分解代谢）调控碳周转提供了新视角。

　　

土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其碳循环过程直接影响全球气候变化。尽管植物输入的有机物质（如糖类、脂质等低分子量有机物LMWOM）能通过微生物活动促进土壤有机碳（SOC）分解（即激发效应priming effect），但不同碳质量底物如何通过微生物代谢途径差异化调控这一过程仍不明确。现有研究多将激发效应视为整体群落驱动的过程，而忽视了特定功能菌群及其代谢策略的关键作用。

为解决这一科学问题，浙江大学联合国内外团队在《Soil Biology and Biochemistry》发表研究，通过整合全球449组实验数据的meta分析和¹³C标记的SIP-metagenomics技术，首次系统揭示了糖类与脂质诱导激发效应的微生物代谢机制。研究发现：糖类（葡萄糖）通过富集高多样性菌群及糖苷水解酶(GHs)基因，比脂质（甘油）产生更强激发效应（35.96% vs 18.18%）；而脂质利用菌以Bacillus为主，其糖基转移酶(GTs)基因优势导致代谢向合成途径倾斜，削弱了碳分解能力。

关键技术包括：1）全球尺度meta分析整合88项独立研究；2）¹³C标记的DNA稳定同位素探针(SIP)追踪活性微生物；3）宏基因组学解析功能基因谱；4）qPCR定量关键功能基因。

【研究结果】

1. 文献调研与数据收集：系统筛选全球范围内糖类/脂质诱导激发效应的实验数据，建立包含449组对比的数据库。

2. meta分析与短期实验：证实糖类诱导的激发效应强度显著高于脂质（p<0.05），¹³C标记实验显示葡萄糖组CO₂释放量比甘油组高1.98倍。

3. 底物响应菌群验证：SIP显示葡萄糖利用菌群α多样性指数比甘油组高31.5%，后者以Bacillus（相对丰度62.3%）为优势菌。

4. 代谢功能解析：宏基因组揭示葡萄糖组GHs基因拷贝数增加2.4倍，甘油组GTs基因上调而GHs下调37%。

5. 讨论与结论：微生物对底物的代谢分配策略（分解代谢GHs vs 合成代谢GTs）是调控激发效应的核心机制，该发现为土壤碳模型构建提供了关键的生物学参数。

这项研究开创性地将微生物功能性状与碳循环过程直接关联，证实底物类型通过选择特定菌群及其代谢网络来调控激发效应强度。这不仅深化了对土壤碳-微生物互作的理论认知，也为农业有机输入管理和碳中和策略制定提供了科学依据——例如优化糖类/脂质输入比例可能成为调控土壤碳汇的新途径。研究采用的SIP-metagenomics多组学框架，为复杂生态系统中功能微生物鉴定提供了方法论范式。