土壤微生物的周转过程是有机质形成的重要驱动力，微生物残留物参与并调控土壤中的碳周转稳定过程，是土壤有机碳形成的主要途径。研究表明微生物来源碳可占土壤有机碳总量的50%以上，且在其贡献于土壤有机质过程中可能需经历多次循环。由于不同微生物的类群对底物的利用策略不同，因此微生物来源碳的周转过程不仅关乎微生物类群之间碳通量直接途径的重要信息，同时也可为微生物对土壤有机碳转化及积累的机制提供一定的价值。然而目前，微生物来源碳在土壤中的稳定所经历的周转过程及其对土壤有机质的潜在贡献机制尚不明确。
鉴于此，研究团队通过设置13C标记的细菌残体添加到土壤中进行培养的试验，采用生物标识物磷脂脂肪酸结合稳定同位素示踪技术的研究手段，探究细菌来源碳在土壤中的详细周转路径。通过研究发现，培养结束时，53.5%的微生物来源碳被矿化，46.5%的微生物来源碳仍存留于土壤中。在培养的过程中，真菌是利用细菌来源碳的“先锋者”；然后革兰氏阳性细菌、放线菌等微生物类群同化细菌来源碳。进一步采用同位素示踪技术结合生物标识物氨基糖（来自几丁质和肽聚糖）和氨基酸（来自蛋白质）的研究手段，探究细菌来源碳对土壤有机质的贡献机制。研究发现，13C-氨基酸随培养时间显著降低，而13C-氨基糖随培养时间无显著变化，表明作为生物标志物，氨基糖比氨基酸相对更稳定。13C-氨基葡萄糖与胞壁酸的比值在培养的前14天显著增高，之后趋于稳定，表明细菌来源碳是通过转化为真菌生物量及残体而稳定于土壤中。另外，13C-氨基酸变化反映了细菌来源碳周转过程的代谢意义，即培养初期（0-7天），由于添加的生物量中碳水化合物含量较低，导致乙醛酸循环占主导地位。之后（7-30天），三羧酸循环增强，同时伴随回补反应，表明此时微生物的代谢活性增强。培养后期（30-120天），三羧酸循环减弱，微生物代谢变慢，表明细菌来源碳在培养后期作为能量的消耗减少，可能更有利于细菌来源碳在土壤中的保存。
本研究追踪了细菌来源碳在土壤微生物网中的详细周转路径，阐明了细菌来源碳对土壤碳稳定的贡献机制，为全面认识微生物介导的碳循环过程提供科学依据，同时为土地管理和生态系统可持续发展的方针制订提供理论指导。
上述结果以“Turnover of gram-negative bacterial biomass-derived carbon through the microbial food web of an agricultural soil”和 “Turnover of bacterial biomass to soil organic matter via fungal biomass and its metabolic implications”为题发表在Soil Biology and Biochemistry（2021和2023年）杂志上。生态系统微生物学组特别研究助理郑甜甜博士为第一作者，梁超研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年项目，国家重点研发计划项目、中国博士后面上项目、辽宁省博士科研启动基金项目及德国洪堡基金会等多个项目的资助。（生态系统微生物学组供稿）
土壤中13C-PLFA量 (A)，13C-PLFA的百分比 (B)，革兰氏阴性细菌来源碳在不同微生物类群中分布的主成分分析 (C; 13C-PLFA)
13C-真菌来源的氨基葡萄糖与13C-胞壁酸的比值
细菌来源碳在培养过程中的中心代谢途径概念模型（基于13C-氨基酸百分比）
