摘要：植物残体的微生物分解（Plant Residue Microbial Decomposition, PRMD）是陆地生态系统碳循环的核心过程，决定了秸秆还田效果和土壤有机质积累。然而，我们对植物残体自然分解的微生物过程，尤其是主要参与者真菌和细菌群落的功能定位

植物残体的微生物分解（Plant Residue Microbial Decomposition, PRMD）是陆地生态系统碳循环的核心过程，决定了秸秆还田效果和土壤有机质积累。然而，我们对植物残体自然分解的微生物过程，尤其是主要参与者真菌和细菌群落的功能定位与互作机制缺乏清晰认知。

近日，南京农业大学沈其荣院士团队张瑞福教授课题组在Genome Biology上发表了最新研究成果“A novel decomposer-exploiter interaction framework of plant residue microbial decomposition”。该研究通过模拟不同复杂度的植物残体分解环境，结合传代演化实验、多组学分析、系统生物学模拟和合成微生物群落实验，系统揭示了细菌与真菌在植物残体分解过程中的生态角色分化及互作机制，提出了“真菌主分解-细菌主剥削”的互作模型。该研究不仅深化了我们对碳循环微生物生态学的理解，也为秸秆还田和土壤有机质提升技术措施提供了理论支撑。该研究发现：1）植物残体复杂度驱动真菌和细菌群落差异演化。真菌高度适应不同复杂度植物残体分解，随残体复杂度增加，真菌群落丰富度上升，而细菌群落丰富度则急剧下降。2）植物残体分解遵从“真菌主分解，细菌主剥削”互作框架。不同复杂度植物残体分解中，真菌群落主导残体分解核心基因的表达，向促分解的方向演化；而细菌群落则主导寡糖苷酶等基因表达，通过剥削真菌分解产物以维持生存。3）可利用碳源种类与浓度参与细菌整体群落的结构塑形。植物残体复杂度营造了养分梯度变化，细菌群落的多碳源利用能力发挥关键作用，在低碳环境下通过摄取更多类型碳源以维持生存，但交叉互养作用在碳源浓度进一步降低时受限，无法支撑群落稳定生长。4）真菌分解者赋予细菌演化中剥削者盛行的群落结构。不同复杂度植物残体分解中，细菌分解者相对于细菌剥削者具有显著生存优势。然而，真菌分解者具有重塑细菌群落碳源获取策略的能力，从而推动细菌剥削者在群落中的盛行。5）次代产物介导的竞争性互作强化“分解者-剥削者”模型。植物残体复杂度营造的养分梯度差异下，营养越匮乏细菌竞争越弱，相反则驱动更强的真菌竞争。分解者与剥削者竞争强度此消彼长，生态位差异决定微生物竞争策略。

植物残体分解的微生物互作模型

南京农业大学资源与环境科学学院副教授缪有志为论文第一作者，张瑞福教授为论文通讯作者。实验室在读博士生王伟和课题组荀卫兵副教授分别为该论文共同一作和共同通讯。沈其荣院士为本研究提供了指导。该研究得到国家重点研发青年科学家项目（2021YFD1900300和2024YFD1701600）、国家自然科学基金（42477126）和江苏省自然科学基金（BK20231472）的资助。

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来源：老刘的科学大讲堂