生命科学学院田兴军教授课题组的新发现：细菌和真菌，谁的分解能力强要看凋落物的颗粒大小

　　

土壤微生物是陆地生态系统中碳和养分循环的主要分解者。传统观点认为，真菌而不是细菌在凋落物分解中起着主要作用。然而，在凋落物的分解过程中，细菌的作用及其限制因素仍不清楚。

南京大学田兴军教授与曹婷婷博士（已毕业，现就职于浙江农林大学）等，利用分解袋研究方法，以不同尺寸（大，1-2 mm；中，0.18-0.28 mm；小，<0.07 mm）的阔叶栓皮栎和针叶马尾松凋落物作为分解底物，研究了对细菌与真菌在凋落物分解过程中的作用及其限制因素。他们假设（1）凋落物的质量会比凋落物尺寸大小对微生物分解凋落物的能力影响更大；（2）与细菌相比，无论哪种尺寸凋落物，真菌分解能力都更强；（3）基于真菌和细菌的形态差异，凋落物尺寸减小更有利于细菌对凋落物的分解。

研究结果表明，凋落物经过180天分解，不论细菌还是真菌，两种凋落物的分解速率均随着凋落物尺寸的减小而加速，这表明微生物分解者和凋落物之间存在界面效应，（图1）。与真菌相比，细菌的凋落物分解速率对其尺寸变化更敏感。大尺寸凋落物在真菌处理组分解的更快；对于小尺寸的栓皮栎凋落物，细菌处理组分解的更快，但对于小尺寸的马尾松凋落物则相反。因此，细菌和真菌对不同尺寸凋落物的分解优势受其化学质量的影响，尤其是木质素和氮的比例。

图1 接种细菌和真菌后凋落物的质量剩余与分解速率

 

通过扫描电镜观察，发现丝状真菌可穿透凋落物，并在分散的凋落物之间形成菌丝桥（图2a-c）。而细菌聚集在凋落物表面，甚至形成生物膜（图2d-f）。因此，真菌在分解大尺寸凋落物时远胜过细菌，可能因为它们能够破碎凋落物。而细菌依靠其快速繁殖能力，对于可及性更高的小尺寸凋落物表现出分解优势。

图2 真菌和细菌接种处理凋落物表面的微生物（比例尺=5μm）

 

与微宇宙实验的发现一致，野外调查发现小尺寸凋落物比例在马尾松林中高于栓皮栎林，在新鲜凋落物层中的比例高于分解层，这表明新鲜的、大尺寸的、低质量的凋落物优先被真菌破碎。而分解过的、暴露更多表面积的、特别高质量的凋落物，为细菌分解者提供合适的栖息地。因此，考虑到凋落物的尺寸大小，应重新审视传统观点中真菌和细菌在凋落物分解中发挥的作用。

图3 概念图 

综上，凋落物尺寸调控真菌和细菌的分解活动（图3）。大尺寸凋落物的物理屏障是限制细菌分解活性的最重要因素。本研究强调，考虑到界面效应，细菌在凋落物分解中的作用被严重低估。与化学特征相比，凋落物的物理学特征是未来深入了解真菌和细菌在分解过程中作用的关键。

该研究成果以“Enlarging interface reverses the dominance of fungi over bacteria in litter decomposition”为题，于2024年8月发表在土壤生态学领域著名期刊《Soil Biology and Biochemistry》（IF=9.8）。该研究得到国家重点研发计划（2023YFC3905604）、国家自然科学基金青年（32301674）、国家自然科学基金国家重点（3153007）、浙江省自然科学基金（LQ24C160005）等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109543