近日，資環(huán)學院沈其榮院士團隊張瑞福教授課題組在Genome Biology上發(fā)表了最新研究成果“A novel decomposer-exploiter interaction framework of plant residue microbial decomposition”。

植物殘體的微生物分解（Plant Residue Microbial Decomposition, PRMD）是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的核心過程，決定了秸稈還田效果和土壤有機質積累。然而，我們對植物殘體自然分解的微生物過程，尤其是主要參與者真菌和細菌群落的功能定位與互作機制缺乏清晰認知。該研究通過模擬不同復雜度的植物殘體分解環(huán)境，結合傳代演化實驗、多組學分析、系統(tǒng)生物學模擬和合成微生物群落實驗，系統(tǒng)揭示了細菌與真菌在植物殘體分解過程中的生態(tài)角色分化及互作機制，提出了“真菌主分解-細菌主剝削”的互作模型。該研究不僅深化了我們對碳循環(huán)微生物生態(tài)學的理解，也為秸稈還田和土壤有機質提升技術措施提供了理論支撐。

該研究發(fā)現(xiàn)：植物殘體復雜度驅動真菌和細菌群落差異演化。真菌高度適應不同復雜度植物殘體分解，隨殘體復雜度增加，真菌群落豐富度上升，而細菌群落豐富度則急劇下降；植物殘體分解遵從“真菌主分解，細菌主剝削”互作框架。不同復雜度植物殘體分解中，真菌群落主導殘體分解核心基因的表達，向促分解的方向演化；而細菌群落則主導寡糖苷酶等基因表達，通過剝削真菌分解產(chǎn)物以維持生存；可利用碳源種類與濃度參與細菌整體群落的結構塑形。植物殘體復雜度營造了養(yǎng)分梯度變化，細菌群落的多碳源利用能力發(fā)揮關鍵作用，在低碳環(huán)境下通過攝取更多類型碳源以維持生存，但交叉互養(yǎng)作用在碳源濃度進一步降低時受限，無法支撐群落穩(wěn)定生長；真菌分解者賦予細菌演化中剝削者盛行的群落結構。不同復雜度植物殘體分解中，細菌分解者相對于細菌剝削者具有顯著生存優(yōu)勢。然而，真菌分解者具有重塑細菌群落碳源獲取策略的能力，從而推動細菌剝削者在群落中的盛行；次代產(chǎn)物介導的競爭性互作強化“分解者-剝削者”模型。植物殘體復雜度營造的養(yǎng)分梯度差異下，營養(yǎng)越匱乏細菌競爭越弱，相反則驅動更強的真菌競爭。分解者與剝削者競爭強度此消彼長，生態(tài)位差異決定微生物競爭策略。

植物殘體分解的微生物互作模型

南京農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院副教授繆有志為論文第一作者，張瑞福教授為論文通訊作者。實驗室在讀博士生王偉和課題組荀衛(wèi)兵教授分別為該論文共同一作和共同通訊。沈其榮院士為本研究提供了指導。該研究得到國家重點研發(fā)青年科學家項目（2021YFD1900300和2024YFD1701600）、國家自然科學基金（42477126）和江蘇省自然科學基金（BK20231472）的資助。

全文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-025-03486-w