澳大利亚森林中的树皮微生物群能够调节对气候有影响的气体通量

《SCIENCE》：Bark microbiota modulate climate-active gas fluxes in Australian forests

树皮微生物群落代谢调控气候气体排放与吸收机制研究显示，澳大利亚8种树木树皮 hosting up to 6万亿/m2微生物，其氢气氧化与发酵能力显著影响CH?、H?、CO等温室气体循环，揭示树皮作为潜在大气气体汇的生态价值。

　　

编辑总结

树干为代谢活跃的微生物提供了广阔的栖息地。树干不仅为许多附生生物提供了生长所需的基质，树皮还为特定的细菌群落提供了庇护所。Leung等人对澳大利亚东部几种树木的树皮进行了采样，以研究其中的微生物种类及其代谢能力。根据地理位置、环境条件以及物种本身的特性，树皮中的微生物群落可能是气候活性气体的净生产者或净消耗者。因此，在规划植树方案时，评估树木通过其树皮微生物群落在缓解气候变化方面的潜在作用非常重要（参见Gauci的观点）。——Caroline Ash

结构化摘要

引言

全球树皮的表面积与陆地面积相当。这些巨大的树皮表面越来越被认为是大气气体在土壤-树木-大气之间交换的重要媒介。它们也为微生物提供了栖息地，最近的宏基因组学研究表明，树皮中的微生物可能在甲烷（CH?）的循环中发挥作用。然而，人们对这些可能广泛存在于全球范围内的微生物群落的代谢和生态系统功能仍缺乏全面了解。

研究背景

在土壤-大气界面，我们推测树皮中的微生物群落利用多种气体基质来维持自身生长，并可能在全球大气气体循环中发挥重要作用。然而，以往的宏基因组学研究仅提供了关于树皮微生物生活方式的有限且间接的信息。许多特征，如微生物对气候活性气体（如氢气H?和一氧化碳CO）的氧化作用，无法通过分类学归属来可靠预测。要真正理解树皮微生物的功能，需要通过基因组分析和功能验证来获得直接证据。在这项研究中，我们将基因组解析的宏基因组学分析与原位和离体生物地球化学实验相结合，以研究澳大利亚森林中树皮微生物的能力、代谢特性及其在生态系统中的重要性。

结果

我们研究了8种常见的澳大利亚树种的树皮微生物群落，这些树种分布于淡水湿地、沿海和高地森林生态系统中。所有树种都含有丰富的内生微生物，估计每平方米树皮中约有6万亿个微生物细胞。基于基因组的宏基因组学分析显示，树皮微生物群落与周围的土壤和水体存在显著差异，其中包含多种具有灵活代谢能力的细菌，包括能够进行气体循环和兼性厌氧代谢的细菌。主要细菌类型被证明可以通过有氧呼吸消耗氢气，并在缺氧条件下通过发酵产生氢气。此外，编码其他气体（包括CO、CH?和挥发性有机化合物）有氧和厌氧代谢酶的细菌也非常丰富，某些湿地树木中还存在产甲烷的古菌。实验结果表明，树皮微生物在有氧条件下会消耗CH?、H?和CO，但在缺氧条件下则会开始产生这些气体。原位测量进一步证实，树皮表面确实存在多种气候活性气体的交换现象。特别是，所有树种和不同树皮高度上都观察到了氢气的净吸收，这表明树皮可能是一个被忽视的氢气吸收源，其强大的微生物活动每年可吸收大量的大气氢气。

结论

我们的研究结果揭示了树皮中丰富微生物群落的代谢特性，表明它们能够灵活地代谢各种气体，并适应树木内部的基质和氧化还原条件。这些微生物的活动显著调节了主要气候活性气体（如CH?）的循环，以及常被忽视的间接温室气体H?、CO和挥发性有机化合物的循环。树皮微生物通过吸收多种气候活性气体可能对气候产生积极影响，但它们的代谢灵活性也意味着它们可能根据环境条件转变为气体来源。总体而言，这些结果表明树木及其微生物群落在调节全球大气循环中起着重要作用，应在生物地球化学模型、森林管理和保护工作中予以充分考虑。

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树皮是气候活性气体循环的微生物和生物地球化学热点。

树木作为连接土壤和大气的通道，促进了气体交换，并为适应气体代谢的微生物群落提供了生存环境。树木和树皮微生物共同作用，调节森林生态系统中多种气候活性气体的排放和吸收。

摘要

最新研究表明树木树皮中存在微生物，但人们对它们的身份、功能和环境作用知之甚少。通过基于基因组的宏基因组学分析，我们发现8种常见澳大利亚树种的树皮中栖息着丰富且特化的微生物群落。主要细菌为适应动态氧化还原条件和基质变化的兼性厌氧菌。此外，与树皮相关的甲烷氧化菌也很丰富，且能与产氢甲烷菌共存。实验表明，树皮微生物在有氧条件下会消耗甲烷、氢气和一氧化碳，并在缺氧条件下产生这些气体。结合原位实地测量数据，我们发现树木中的微生物以较高速率代谢多种气候活性气体，这表明它们在全球大气循环中可能发挥重要作用。