近日，南京林业大学化学工程学院冯有智教授团队分别在《Nature Communications》、《Nature Ecology & Evolution》《Nature Sustainability》和《Nature Cities》上连续发表研究论文，在土壤微生物与不同生态系统可持续发展研究方面取得新进展。针对城市生态系统，南京林业大学冯有智团队陈瑞蕊研究员联合上海市野生动物植物和自然保护地研究中心、上海市园林科学规划研究院、西班牙塞维利亚自然资源和农业生物研究所、中国科学院南京土壤研究所等单位，通过对全球6大洲17个国家56个城市的绿地土壤开展实地调查，并结合上海16个行政区的绿地土壤样本的高分辨率土壤调查，探讨了人口、经济因素与土传人类和动物致病真菌群落组成之间的关系。在全球和局域尺度上都发现，社会经济因素是除了气候和土壤因素以外，预测城市绿地土传病原真菌群落组成和多样性的重要因素，丝孢酵母属（Trichosporon）是人口密度的指示物种。人口密度较大并且人均GDP较低的城市绿地土壤，土传致病真菌的丰度增加，潜在会引发更多的真菌传染疾病。提供适当的医疗保健可以显著减少病原真菌的丰度，降低人类感染风险。![]( "图片3_副本_46235图片3_副本")
以上研究成果，近期发表在国际权威期刊Nature Cities上，题为“Impact of socioeconomic factors on soil-borne animal pathogenic fungi in urban greenspaces”。本研究改变了人们对城市生态的传统认识，城市生态比通常认为的要广阔得多，它是由人类和更广泛的非生物和生物环境包括寂静的土壤微生物相互塑造而形成的。
针对农田生态系统，南京林业大学冯有智团队联合江苏省农业科学院农业资源与环境研究所、常州工业职业技术学院、西班牙塞维利亚自然资源和农业生物研究所、美国宾西法利亚州立大学等多个单位，通过4年的长期田间实验，发现纳米氧化铁肥的施用能够在促进作物产量的同时，通过影响水稻土碳氮循环过程及微生物学特征，降低稻田甲烷和氧化亚氮的排放，进而将更多碳和养分滞留在土壤中，促进土壤地力的提升。![]( "图片4_副本")
以上研究成果，近期发表在国际权威期刊Nature Sustainability上，题为“Closing the gap between climate regulation and food security with nano iron oxides”，同时被作为重大进展被专题报道。本研究首次以全球变化下的农田生态系统为出发点，明确了纳米赋能的重要性，为构建气候智慧型农业，应对全球变化提供了理论依据和实践指导。土壤支持着地球上广大的生物多样性，同时维持着多种对人类社会稳定和发展至关重要的生态系统功能。目前已知环境阈值影响全球植被格局，但尚不清楚全球土壤微生物多样性和生态功能的分布是否也存在环境阈值以及主控因子是什么。该认知有助于我们更好的揭示全球土壤微生物的地理学分布，以及有助于预测全球变化下土壤微生物的响应和反馈。南京林业大学冯有智团队，联合西班牙巴勃罗∙德∙奥拉维德大学和阿利坎特大学、瑞士苏黎世联邦理工学院、澳大利亚西悉尼大学、意大利图西亚大学等多个知名院校，通过对进行全球383个不同气候和植被样地的大数据分析，发现土壤微生物多样性和生态功能在多维环境梯度下均呈现非线性分布模式，且主要受水分可利用性（即干旱指数）的控制。具体而言，对于生物多样性，体积越大的微生物对水分可利用性的下降越敏感；随着水分可利用性的下降，土壤生态功能呈现排序性的坎塌，依次从植物与微生物的互作、到植物生产力和土壤生物地球化学循环，再到表层土壤有机碳的固持。以上研究成果，以南林大为第一单位发表在生态学权威期刊Nature Ecology & Evolution上。本研究首次明确了全球变化对土壤生态系统影响的关键阈值，并为以后应对全球变化提供了理论依据。
随着气候变化的持续影响，盐碱土面积不断扩大，微生物如何应对盐胁迫？微生物应对环境胁迫通常以大量消耗能量为代价，它们如何在缓解碳限制与维持自身功能之间做出进化权衡？这些成为预测未来土壤健康和生态功能的重要科学问题。为此，南京林业大学化学工程学院冯有智教授团队陈瑞蕊研究员联合中国农业科学院烟草研究所、美国西北太平洋国家实验室等单位，积极探索盐碱地土壤微生物生态策略研究方面的新趋势、新发现、新进展，相关研究成果以“Eco-evolutionary strategies for relieving carbon limitation under salt stress differ across microbial clades”为题，在线发表在Nature子刊《Nature Communications》。
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图. 盐胁迫下不同土壤微生物类群的系统发育分布及基因组大小。(a)系统发育分布；(b)不同细菌/古菌类群的基因组大小的比较；(c)变形菌门在两个细菌响应类群中基因组大小的比较；(d)不同类型古菌基因组大小的频度分布与比较。该研究以我国渤海湾地区典型盐度梯度的土壤为对象，基于宏基因组和扩增子测序，在基因层面上探讨微生物在盐胁迫环境中的应对策略。通过比较土壤中四种微生物类群，即盐敏感细菌、耐盐细菌、盐敏感古菌、耐盐古菌的基因组性状的差异，包括基因组大小、KEGG路径、KOs及特定的耐盐和碳获取功能基因等，发现细菌和古菌在盐胁迫下表现出截然相反的生态进化方向。具体而言，面对高盐环境的碳限制下，细菌采取了“节流”策略，即通过减少基因组大小和简并代谢功能基因等方式来节省能量的消耗，维系其生存；与之相反，耐盐古菌采取了“开源”策略，通过增大基因组大小、增强对碳的获取途径和能力来获得更多的碳源，保持其功能多样性。
据悉，以上发现拓展了关于微生物应对环境胁迫的生态进化策略的认知，为预测全球变化下土壤生态系统的响应和反馈提供了理论基础。
附：相关研究成果原文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-024-50368-z《Nature Ecology & Evolution》：https://doi.org/10.1038/s41559-023-02071-3https://doi.org/10.1038/s44284-024-00073-1https://doi.org/10.1038/s41893-024-01334-6https://doi.org/10.1038/s41893-024-01335-5![]()
