氧化亞氮（N2O）是引起全球變暖的重要的溫室氣體之一。同時，N2O還參與大氣中許多光化學(xué)反應(yīng)，破壞大氣臭氧層。雖然相比于大氣中CO2的含量，N2O的相對含量要低得多。但是其單位質(zhì)量增溫潛勢卻是CO2的298倍。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是N2O重要的排放源。土壤中N2O主要來自于多種微生物參與和介導(dǎo)的活性氮的轉(zhuǎn)化。
叢枝菌根（AM）真菌是陸地生態(tài)系統(tǒng)中一種分布廣泛的土壤真菌，其能與超過75%的植物根系形成共生關(guān)系。AM真菌能夠通過其菌絲網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大宿主植物的營養(yǎng)元素的吸收、提高宿主植物抗逆性和改善土壤的理化性質(zhì)。一般認(rèn)為AM真菌本身不具備腐生的能力，不太可能是N2O的直接生產(chǎn)者或消費(fèi)者，但是AM真菌具備吸收土壤中活性氮和與其他土壤微生物互作進(jìn)而影響土壤中N2O的產(chǎn)生。
為了更好的探討AM真菌是如何介導(dǎo)土壤中N2O的產(chǎn)生及排放這樣一個科學(xué)問題，中國科學(xué)院昆明植物研究所山地未來研究中心研究人員以室內(nèi)實驗為基礎(chǔ)，在三室菌根真菌分室培養(yǎng)箱控制環(huán)境中設(shè)置了AM菌絲侵染和非侵染的兩種農(nóng)田土壤環(huán)境。在三個月的實驗觀測時間內(nèi)，系統(tǒng)對比研究了兩種處理環(huán)境下N2O排放通量、土壤理化特性、土壤細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)和多樣性以及N2O產(chǎn)生的相關(guān)關(guān)鍵基因的豐度的變化趨勢。結(jié)果表明，AM菌絲侵染后1個月AM真菌能夠降低農(nóng)業(yè)土壤中N2O的排放，并且反硝化過程中關(guān)鍵表征基因（nirK和nosZ）的豐度顯著降低，結(jié)構(gòu)方程模型分析進(jìn)一步表明AM真菌主要通過改變N代謝相關(guān)基因而不是通過改變土壤理化性質(zhì)或細(xì)菌群落的多樣性來間接影響土壤中N2O排放。因此，該研究提出了一種AM真菌調(diào)節(jié)土壤N2O排放可能機(jī)制，即AM真菌可以通過調(diào)節(jié)反硝化過程從而影響農(nóng)田土壤中的N2O排放。
圖 1 培養(yǎng)箱實驗及文章主要發(fā)現(xiàn)示意圖
圖 2 基于結(jié)構(gòu)方程模型解析AM真菌介導(dǎo)土壤中N2O排放的可能途徑
以上成果于2021年2月9日以“Arbuscular mycorrhizal fungi potentially regulate N2O emissions from agricultural soils via altered expression of denitrification genes”為題，在線發(fā)表在環(huán)境科學(xué)1區(qū)期刊Science of The Total Environment上。中國科學(xué)院昆明植物研究所山地未來研究中心助理研究員桂恒為該論文的第一作者，中國科學(xué)院昆明植物研究所許建初研究員為該論文的通訊作者。上述研究工作得到了云南省基礎(chǔ)研究計劃面上項目（2019FB063）、國家自然科學(xué)基金（32001296）等項目的資助。
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