金属微量元素如铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、镍(Ni)等在生物体内含量少，却是生物体生长的必需元素。相较于动物和植物，金属微量营养元素在微生物光合和呼吸作用、生物分子合成、氧化还原稳态、细胞生长和免疫系统功能中也起着关键的调节作用。

目前，微量元素对微生物组的贡献在海洋生态系统和人类肠道系统中已被证实。而微量元素与土壤生态系统中的微生物群落和功能也可能存在关联，主要原因如下：首先，土壤微生物繁殖与生物过程相关的多数细胞和酶都需要微量元素的参与；其次，土壤中铁锰等变价金属可参与微生物驱动的元素耦合过程并交换电子；再者，含有不同类型微量元素的母质或次生矿物会导致土壤形成特殊的生态位，选择性定殖微生物。

针对上述假设，必搏体育app|中国有限公司徐建明教授团队通过采集中国180个样点土壤，采用16S、ITS、宏基因组测序和高通量qPCR等技术，并结合培养实验，将微量元素的种类和含量与土壤微生物的群落结构和功能建立了关联。研究发现，微量元素与碳氮磷等大量元素以“齿轮连接”的方式共同解释了微生物的群落和功能。其中，元素有效性对微生物组的解释度大于元素总量，变价元素铁锰对微生物组的影响程度大于铜锌钼镍等非变价元素，且多种元素共存对微生物的解释度大于单一元素。特别注意的是，土壤pH与微生物多样性和金属元素有效性均有相关性，而本研究发现在去除土壤pH干扰后，微量元素与土壤微生物的丰度、多样性和功能之间依然存在高度的关联性。

研究还发现土壤微量元素对植物生产力有一定的促进作用，但主要来自土壤的“养分”直接供给。与微量元素相关的微生物对植物生产力的解释度并不高，表明微量元素在陆地生态系统中的贡献不能被随意放大。这项研究工作强调了金属微量营养元素与土壤微生物群落结构和功能的特有关联，今后在解释土壤微生物群落结构和功能的研究中需综合考虑土壤pH、大量元素和微量元素的共同贡献。

 微量金属元素对土壤微生物群落结构和功能的贡献

该项研究成果近日以“Metallic micronutrients are associated with the structure and function of the soil microbiome”为题发表在Nature Communications，必搏体育app|中国有限公司新农村发展研究院戴中民副研究员为第一作者，环境与资源学院徐建明教授为通讯作者，必搏体育app|中国有限公司为第一和通讯作者单位。西班牙土壤学家Manuel Delgado-Baquerizo、Eduardo Moreno-Jiménez等参与了此项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金重大项目课题（41991334）、国家重点研发计划项目（2019YFC1803704）、现代农业产业技术体系项目（CARS-01）等资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44182-2