用于研究土壤激发效应背后微观尺度机制的实验模型系统

土壤激发效应在全球碳循环中发挥着重要作用。尽管这一现象已得到广泛研究，但其背后的机制仍未明晰。迄今为止，相关研究大多在整体土壤尺度上对该现象进行测量，而忽略了其源于发生在微尺度上的、具有明确空间特征的过程。在此，我们提出一种新方法，利用微流控装置直接评估生活在一块复杂底物斑块上的土壤微生物对一次易利用底物脉冲输入的响应。借助时间分辨荧光显微镜，我们追踪了表达绿色荧光蛋白的枯草芽孢杆菌细胞在透明羧甲基纤维素底物斑块上、暴露于不同浓度生长培养基脉冲时的运动性、位置、形态特征以及附着生物量。在持续观察并培养42天后，通过刚果红染色评估CMC分解情况，我们观察到在加入足量易分解底物后，分解作用增强，呈现出类似激发效应的现象。该脉冲诱导了细菌运动性的短暂升高，表明分别形成了探索型和生长型亚群。我们观察到依赖于浓度的生长响应，从而导致不同的行为。高浓度导致较高的生物量和CMC分解，然而其生长很快受到限制，可能是由于必需营养物质耗竭以及废物积累所致。相比之下，中等浓度产生了更为持久的附着生物量，并显示出空间自组织的证据，从而导致相似程度的分解。我们提出了一种新的实验模型系统，用于研究分解复杂底物的土壤微生物行为，并为理解这类群体对易利用底物脉冲的响应提供了独特视角。

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用于研究土壤激发效应微尺度机制的实验模型系统

Moritz Mohrlok，

Christina Kaiser

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.14.738410

Moritz Mohrlok 维也纳大学

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发布于 2026 年 7 月 14 日。

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Moritz Mohrlok，

Christina Kaiser

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2026.07.14.738410；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.14.738410

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Moritz Mohrlok，

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2026.07.14.738410；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.14.738410

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.14.738410v1?rss=1

🏷️ 土壤激发效应 微流控模型 土壤微生物 枯草芽孢杆菌 碳循环 空间自组织