科學家發現植物—微生物交互作用調控濕地胞外酶對排水的響應

8月15日，中國科學院植物研究所研究員馮曉娟、特別研究助理趙云鵬等在《自然·氣候變化》上發表最新研究成果，解析了胞外酶活性對濕地排水的差異化響應規律和調控機制。

濕地儲存了全球約三分之一的土壤碳，淹水厭氧環境對胞外酶活性的抑制作用被認為是濕地有機碳長期積累的關鍵因素之一。然而，濕地胞外酶活性對排水的響應存在極大的不確定性，明確其背后的調控機理有助于準確預測氣候變化下濕地碳動態及其對氣候的反饋。

為此，馮曉娟團隊在2020年—2023年期間，對我國30個經歷了15年—55年長期排水的濕地，包括14個泥炭蘚濕地和16個非泥炭蘚濕地進行了配對采樣，通過胞外酶活性測定、微生物宏基因組及植物代謝組分析，結合文獻數據整合和室內培養試驗，解析了胞外酶活性對濕地排水的差異化響應規律和調控機制。

研究人員發現，盡管短期排水通過增加土壤氧氣含量普遍促進了濕地酚氧化酶活性，但是胞外酶活性對長期排水的響應在泥炭蘚和非泥炭蘚濕地中截然不同。在非泥炭蘚濕地中，長期排水通過增加植物次級代謝產物，特別是抑菌酚類的含量，降低了合成酚氧化酶的微生物和相關功能基因的豐度，進而導致酚氧化酶活性下降。相反，在泥炭蘚濕地中，排水導致富含抑菌酚類代謝產物的泥炭蘚被草本植物所取代，進而增強了合成酚氧化酶的微生物豐度，提高了土壤酚氧化酶活性，并進一步增強了水解酶活性。

因此，研究表明植物—微生物交互作用是調控濕地胞外酶活性對長期排水響應的關鍵因素。該發現突破了以氧氣作用為核心的經典“酶栓”機制，揭示了氣候變化下植物功能性狀變化對濕地碳動態的重要調控作用。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41558-024-02101-3