科研人員對磷脂在土壤中的快速周轉研究證實了PLFA方法的經典假設

最新 06-14

磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid, PLFA）分析是微生物鑒定和群落結構測試的重要方法。與核酸檢測相比，PLFA在表徵微生物活體細胞和精確定量微生物量方面具有明顯優勢。然而，PLFA方法是建立在一個經典假設的基礎上，即認為磷脂會隨著細胞死亡而迅速降解。遺憾的是，迄今磷脂在土壤中的降解速率從未被準確量化。中國科學院城市環境研究所研究人員選取細菌（大腸桿菌、甲烷氧化菌）和真菌磷脂作為研究對象，結合13C標記技術，分析了13C標記遊離磷脂在土壤中的周轉速率，測定了土壤微生物量及溫度等因素對遊離磷脂周轉速率的影響，在國際上首次證實了PLFA方法的經典假設。

首先，研究人員通過室內培養實驗發現，儘管添加的磷脂的種類及含量不同，但是13C-PLFA的變化呈現相似的趨勢（圖1），並且不同的磷脂脂肪酸也呈現相同的降解趨勢。根據模型擬合發現總磷脂脂肪酸的半衰期約在20小時左右，特徵脂肪酸的半衰期在14-27小時，不同特徵脂肪酸略有差異。

其次，不同土壤微生物量和培養溫度對磷脂脂肪酸的降解研究發現，土壤微生物量不是影響磷脂降解的限制因素，而溫度可顯著影響PLFA的降解（圖2），在該研究中發現低溫會增長磷脂降解的半衰期。

研究同時發現，在i15:0,14:0和16:1ω5c等PLFA中檢測到13C，表明試驗中可能出現二次同化。根據含量最高的特徵脂肪酸i15:0得出二次同化比例小於該成分的1%，因此該研究可以忽略二次同化對磷脂周轉速率測定的影響。

總之，該研究通過外源遊離磷脂結合13C標記分析磷脂種類、土壤微生物量和溫度對周轉速率的影響，對磷脂在土壤中的周轉過程進行了準確量化，證實了PLFA僅表徵活體微生物這一經典假設。

該研究於5月26日以High turnover rate of free phospholipids in soil confirms the classic hypothesis of PLFA methodology為題在線發表在Soil Biology and Biochemistry雜誌上(Vol 135, 323-330)。城市環境所研究生張迎迎、鄭寧國為論文共同第一作者，研究員姚槐應為論文通訊作者。該研究受到國家自然科學基金(41525002,41761134085)、國家重點研發項目（2017YFD0200102）和中科院戰略性先導科技專項(XDB15020301)的資助。