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土壤生物化学团队为土壤生物膜调控体系构建提供新思路
发布时间:2020-11-02

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近日,我校农业微生物学国家重点实验室、资源与环境学院土壤生物化学团队在The ISME Journal在线发表题为“The initial inoculation ratio regulates bacterial coculture interactions and metabolic capacity”的研究论文,研究构建了细菌种间互作类型识别新方法,揭示了生物膜细菌初始比例和碳源类型对细菌群落结构、代谢活性以及种间互作的影响机制,为土壤生物膜调控体系构建提供了新思路。

生物膜(Biofilm)是由胞外聚合物(EPS)包被的微生物聚集体,是活性微生物的主要生命形式。土壤生物膜控制着物质转化与传输,在稳定土壤结构、构建微生物生态、净化土壤污染中发挥着不可替代的作用,决定着土壤的质量与健康。土壤生物膜形成机制与功能发挥研究已成为土壤学、环境科学、微生物学等诸多学科关注的前沿和焦点。课题组前期围绕土壤生物膜与环境效应展开工作,构建了土壤矿物表面生物膜培养方法及复合表征技术,揭示了矿物表面细菌/EPS界面过程及生物膜形成机制,阐明了生物膜固定重金属和阻控病原菌入侵的机理,取得了较为系统的创新性成果。

生物膜内的种间相互作用是决定生物膜结构和功能的重要内在力量,同时对种间相互作用的调控也是当前微生物生态学的研究热点,而合成菌群则是最基础的研究手段。在本研究中,基于合成菌群体系(Escherichia coli K12与Pseudomonas putida KT2440),该团队选取了71种碳源作为底物,研究了菌株接种比例差异(1: 1000 ~ 1000: 1)对菌群组成、种间互作以及代谢活性的影响。研究结果表明,在大部分碳源条件下(59/71),菌株初始接种比例会对合成菌群的最终组成产生显著影响,并且这一影响受到菌株碳源利用偏好的控制,该团队提出了菌株比例与营养因子协同调控菌群结构的新观点。他们将细菌碳源利用效率作为评估因子,构建了细菌种间互作类型识别新方法,发现大肠杆菌K12与恶臭假单胞菌KT2440菌株初始比例为1:1和1000:1时,合成菌群表现为正效应,菌群对碳源的代谢能力较强;菌株初始比例为1:1000时,合成菌群表现为负效应,菌群对碳源的代谢能力较弱。上述研究结果为实现土壤生物靶向调控提供了科学依据。

我校农业微生物学国家重点实验室、资源与环境学院博士后高春辉和博士生曹慧为论文共同第一作者,蔡鹏教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、牛顿基金、以及九莲宝灯大满贯开火车自主创新基金项目的支持。

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