濕地儲存了全球約三分之一的土壤碳，淹水厭氧環(huán)境對胞外酶（特別是酚氧化酶）活性的抑制作用被認為是濕地有機碳長期積累的關(guān)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(diào)控機理有助于準確預測氣候變化下濕地碳動態(tài)及其對氣候的反饋。

國家植物園南園馮曉娟研究組在2020-2023年，對我國30個經(jīng)歷了長期（15-55年）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（包括自然淹水濕地和人工疏干濕地），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(jié)合文獻數(shù)據(jù)整合和室內(nèi)培養(yǎng)試驗，解析了胞外酶活性對濕地排水的差異化響應規(guī)律和調(diào)控機制。

植物-微生物交互作用調(diào)控濕地胞外酶對排水的響應

研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(guān)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(chǎn)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，植物-微生物交互作用（而非氧氣含量）是調(diào)控濕地胞外酶活性對長期排水響應的關(guān)鍵因素。該發(fā)現(xiàn)突破了以氧氣作用為核心的經(jīng)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(tài)的重要調(diào)控作用。

該項研究成果于8月15日在線發(fā)表在國際學術(shù)期刊Nature Climate Change。國家植物園南園特別研究助理趙云鵬為論文第一作者，馮曉娟研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目的資助。

碳循環(huán)與有機地球化學研究組

組長：馮曉娟研究員

郵箱：xfeng@ibcas.ac.cn

主要從事土壤碳循環(huán)與全球變化研究，聚焦于“土壤有機質(zhì)的分子生物地球化學”；應用生物標志物、有機單體同位素等分子水平的地球化學方法，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)控制實驗，研究陸源有機碳在陸地以及河流系統(tǒng)中的循環(huán)及其對氣候變化的響應。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻