土壤真菌 - 细菌比率评估方法大比拼：为精准监测农业生态系统健康 “把脉”

《Biology and Fertility of Soils》：Comparison of methods for assessing fungi-to-bacteria ratio of soil

在土壤健康监测中，准确测定真菌 - 细菌比率（F/B ratio）及微生物丰度至关重要，但现有测量方法存在争议。研究人员对比了磷脂脂肪酸（PLFA）分析、定量 PCR（qPCR）、微滴数字 PCR（ddPCR）和 microBIOMETER? 的性能，发现 PLFA 和 ddPCR 最可靠，为农业生态系统监测提供了重要参考。

　　土壤，这一地球表面看似平凡的物质，实则是一个充满奥秘的微观世界，其中微生物的活动对土壤的健康和功能起着关键作用。细菌和真菌作为土壤微生物的重要组成部分，它们的丰度以及两者的比率（F/B ratio），如同土壤健康的 “晴雨表”，能反映出土壤的生态功能、肥力状况以及对环境变化的响应。较高的微生物生物量通常意味着更强的微生物活性，有助于提高土壤养分的有效性，促进土壤肥力提升；而多样的微生物群落能增强土壤对疾病和环境变化的抵抗力。此外，以真菌为主导的土壤有助于维持更稳定的土壤碳库，对农业的可持续发展意义重大。

然而，准确测量土壤中细菌和真菌的生物量以及 F/B ratio 并非易事。传统的测量方法，如氯仿熏蒸提取（CFE）和磷脂脂肪酸（PLFA）分析，虽被广泛应用，但存在一些问题。PLFA 分析虽能区分真菌和细菌的生物量，却因各实验室分析步骤和结果解释的差异，导致不同研究间结果难以比较。近年来新兴的基于 DNA 测序技术的方法，如定量 PCR（qPCR）和微滴数字 PCR（ddPCR），虽有潜力，但也受到 DNA 提取方法、引物设计等多种因素影响，且 ddPCR 的应用尚未普及。此外，市场上出现的新型工具，如 microBIOMETER?，其测量效果也有待与传统实验室技术进行直接对比。

由于目前缺乏对哪种测量方法最佳的共识，来自芬兰于韦斯屈莱大学（University of Jyv?skyl?）的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Biology and Fertility of Soils》上，为解决土壤微生物测量的难题提供了重要参考。

研究人员运用了多种关键技术方法。在样本采集方面，从芬兰西南部 4 个不同耕种的田间位点采集了 144 份表层土壤样本（0 - 10 cm），涵盖了不同的土壤类型和土地利用方式。之后，通过 PLFA 分析、qPCR、ddPCR 以及 microBIOMETER? 这四种方法，对土壤样本中的 F/B ratio 和微生物丰度进行测定。同时，对每种方法的精密度和重复性进行评估，并通过文献综述了解以往研究中测量 F/B ratio 的方法和报告情况。

在研究结果方面：

1. 系统内微生物丰度和 F/B 比率：PLFA 方法测得的微生物生物量碳（MBC）值比 microBIOMETER?（mB）平均高约 1.5 倍，两者在 F/B ratio 的估计上差异较大，无相关性；ddPCR 测得的微生物丰度比 qPCR 高，但 F/B ratio 更低，两种 PCR 方法在微生物丰度上相关性强，但 F/B ratio 无相关性。
2. 系统间交叉比较：PLFA 与 qPCR 的 F/B ratio 相关性最强，但不显著；若排除特定田间位点 F，PLFA 与 ddPCR 的 F/B ratio 显著相关。ddPCR 测得的总微生物丰度与 PLFA 和 mB 的 MBC 值存在相关性，且 ddPCR 与 PLFA 在细菌和真菌丰度上也有显著相关性。
3. 系统精密度和重复性评估：生物质基系统在测定 F/B ratio 时的精密度优于 PCR 基系统，PLFA 方法在生物质基系统中精密度和重复性最佳，ddPCR 在 PCR 基系统中表现略好，但差异不显著。
4. 文献综述：PLFA 是最常用的测量 F/B ratio 的方法（占 81%），但存在样本存储信息不完整、脂质提取和数据分析方法不一致等问题；qPCR 应用也较广泛，但存在 DNA 提取方法和引物设计多样、标准曲线制作不规范等问题；ddPCR 和 mB 的应用相对较少。

研究结论和讨论部分指出，PLFA 和 ddPCR 在描述总微生物丰度和 F/B ratio 方面结果最为相关，是最可靠的测量方法。然而，由于不同系统计算 F/B ratio 的方式不同，PCR 基方法存在基因拷贝数受多种因素影响、DNA 提取效率不一致等问题，使其在绝对定量 F/B ratio 上存在局限性。PLFA 虽广泛应用，但也面临脂质分离不彻底、依赖单一内标、样本存储不规范等挑战。mB 可作为低成本测量微生物生物量的选择，但在 F/B ratio 测量上可靠性不足。

这项研究的重要意义在于，为农业生态系统中 F/B ratio 和微生物丰度的监测提供了指导。研究人员建议未来研究以 PLFA 分析作为主要测量方法，并对其进行改进，规范实验室操作流程；PCR 方法可作为补充，但需注意其局限性；mB 在考虑土壤湿度等因素并增加重复测量的情况下，可用于科学研究。该研究成果为深入了解土壤微生物生态、优化农业管理措施以及保障土壤健康提供了有力的技术支持和理论依据。