磷的有效性是限制全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。然而,土壤中大部分磷以固定形式存在,植物無法直接利用。解磷菌在活化固定態(tài)磷方面起著至關(guān)重要的作用，然而在復(fù)雜的土壤環(huán)境中識(shí)別活性解磷菌和量化其解磷能力一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

近期，由中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所朱永官院士的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種新型單細(xì)胞技術(shù)，用于研究不同土壤類型中的活性解磷菌。朱永官院士、崔麗研究員為通訊作者，李弘哲副研究員為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所為第一單位。研究成果以論文標(biāo)題Single-cell exploration of active phosphate-solubilizing bacteria across diverse soil matrices for sustainable phosphorus management為題，發(fā)表在Nature Food上。研究工作得到國(guó)家自然基金（42021005,22241603）、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目（ZDBS-LY-DQC027）等的支持。

“認(rèn)知解磷菌的原位活性對(duì)指導(dǎo)高效施肥和可持續(xù)磷管理至關(guān)重要,"朱永官研究員說。”然而，傳統(tǒng)的技術(shù)難以解析土壤中單個(gè)微生物的真實(shí)活性。”

研究人員利用單細(xì)胞拉曼光譜結(jié)合重水標(biāo)記的方法，以不依賴純培養(yǎng)的方式識(shí)別和量化土壤中的活性解磷菌。他們優(yōu)化了該技術(shù)，使其適用于不同的土壤類型與施肥處理。使用這種方法，研究人員在九個(gè)土壤樣本中量化了活性解磷菌的豐度和溶磷效率。結(jié)果清楚地顯示了土壤性質(zhì)和施肥類型對(duì)解磷菌活性具有顯著影響。

崔麗研究員認(rèn)為“我們的方法做到了直接檢測(cè)原位土壤中解磷菌的溶磷功能，突破了基因型研究的局限”。

研究人員通過單細(xì)胞分選進(jìn)一步分離了最活躍的解磷菌，用于靶向宏基因組測(cè)序。這使研究人員能夠?qū)⒔饬妆硇团c特定的細(xì)菌類群和功能基因聯(lián)系起來。該研究發(fā)現(xiàn)了多個(gè)此前未被認(rèn)識(shí)到的具有高解磷能力的微生物。并解析了參與磷活化的磷循環(huán)和碳循環(huán)基因。

朱永官院士認(rèn)為“我們的技術(shù)相當(dāng)于是在挖掘微生物資源的礦山，這些新型、高效的解磷菌可以被用來做成菌肥，有不錯(cuò)的應(yīng)用前景”。

這項(xiàng)工作提高了對(duì)原位土壤解磷菌活性的理解。開發(fā)的將表型與基因組聯(lián)系起來的單細(xì)胞技術(shù)為探索土壤有益微生物、提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)性提供了強(qiáng)大的工具。

論文鏈接?

單細(xì)胞拉曼結(jié)合重水標(biāo)記識(shí)別土壤中活性解磷菌，并通過靶向分選和測(cè)序關(guān)聯(lián)其表型與基因型。