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许多湿润热带土壤在完全充氧和厌氧条件之间频繁交替，这限制了微生物代谢可利用的末端电子受体，以及调控土壤碳（C）循环诸多方面的矿物—有机质相互作用。然而，目前仍不清楚波动的土壤氧化还原条件如何影响微生物群落组成，以及微生物介导的C通量是否对分别如干旱和洪涝期间所观察到的长期好氧或缺氧时期敏感。 基于对野外经历日尺度至周尺度氧气（O2）波动的热带土壤进行为期44天的氧化还原操控实验，我们测定了不同氧化还原状态如何塑造土壤生物地球化学特征以及微生物和代谢物组成。重复设置的微宇宙暴露于四种处理条件下（持续好氧、持续缺氧、高频波动〔4天好氧/4天缺氧〕或低频波动〔8天好氧/4天缺氧〕），并在多个时间点采样，用于开展微生物、代谢物、二氧化碳（CO2）通量和生物地球化学分析。 好氧和波动的氧化还原条件导致微生物群落发生变化，这种变化与土壤铁含量相关，并且与缺氧土壤中的群落呈直接正交关系。在持续缺氧土壤中，铁氧化菌和铁还原菌的组成具有明显差异，但在氧化还原波动和长期O2暴露条件下则表现出较强的稳定性。四种氧化还原状态下呼吸释放的CO2总量相近。不同氧化还原处理下，水提取有机质组成存在明显差异：缺氧土壤中积累了更高水平的类碳水化合物、类蛋白质、类氨基糖和类木质素化合物，这与酶促分解减弱以及铁还原作用引发的矿物结合有机质释放相一致；而好氧土壤中类脂质和类不饱和烃化合物水平升高，表明微生物生物量周转更强。微生物群落能够适应动态氧化还原条件，这些结果证实了在不同氧化还原条件下，不同C化合物会发生循环，其原因在于生物可利用性的变化（由矿物—有机质动态驱动）和/或微生物代谢的转变。
热带土壤中的微生物群落对波动的氧化还原条件具有高度韧性 | bioRxiv
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热带土壤中的微生物群落对波动的氧化还原条件具有高度韧性
Ashley Campbell，Ikaia Leleiwi，Amrita Bhattacharyya，Jeffrey Kimbrel，Yang Lin，Malak M. Tfaily，Allison Thompson，Rosalie Chu，Gareth Trubl，Whendee L. Silver，Ljiljana Pasa-Tolic，Peter Nico，Jennifer Pett-Ridge
doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.27.741047
Ashley Campbell 1 劳伦斯利弗莫尔国家实验室；
Ikaia Leleiwi 1 劳伦斯利弗莫尔国家实验室；
Amrita Bhattacharyya 2 劳伦斯伯克利国家实验室，地球与环境科学部；
Jeffrey Kimbrel 1 劳伦斯利弗莫尔国家实验室；
Yang Lin 3 加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理系；
Malak M. Tfaily 4 太平洋西北国家实验室环境分子科学实验室
Allison Thompson 4 太平洋西北国家实验室环境分子科学实验室
Rosalie Chu 4 太平洋西北国家实验室环境分子科学实验室
Gareth Trubl 1 劳伦斯利弗莫尔国家实验室；
Whendee L. Silver 3 加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理系；
Ljiljana Pasa-Tolic 4 太平洋西北国家实验室环境分子科学实验室
Peter Nico 2 劳伦斯伯克利国家实验室，地球与环境科学部；
Jennifer Pett-Ridge 1 劳伦斯利弗莫尔国家实验室；
通讯作者： pettridge2{at}llnl.gov
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许多湿润热带土壤在完全充氧与厌氧条件之间频繁交替，这限制了微生物代谢可利用的末端电子受体，以及调控土壤碳（C）循环诸多方面的矿物—有机质相互作用。然而，目前仍不清楚波动的土壤氧化还原条件如何影响微生物群落组成，以及由微生物介导的碳通量是否对类似干旱和洪涝期间分别观察到的延长好氧期或厌氧期敏感。我们利用一项为期 44 天的氧化还原操控实验，研究了在野外经历日尺度至周尺度氧气（O2）波动的热带土壤中，不同氧化还原状态如何塑造土壤生物地球化学以及微生物和代谢物组成。重复设置的微宇宙分别接受四种处理（持续好氧、持续厌氧、高频波动〔4 天好氧/4 天厌氧〕或低频波动〔8 天好氧/4 天厌氧〕），并在多个时间点进行采样，用于微生物、代谢物、二氧化碳（CO2）通量及生物地球化学测定。好氧和波动的氧化还原条件导致微生物群落发生变化，这种变化与土壤铁含量相关，并且与厌氧土壤中的群落呈直接正交关系。铁氧化菌和铁还原菌的类群身份在持续厌氧土壤中均表现出独特性，但在氧化还原波动和长时间 O2 暴露下则表现出韧性。四种氧化还原状态下释放的 CO2 总量相似。不同氧化还原处理下水提取有机质组成存在差异：厌氧土壤中积累了更高水平的类碳水化合物、类蛋白质、类氨基糖和类木质素化合物，这与酶促分解减弱以及铁还原引发的矿物结合有机质释放相一致；而好氧土壤中类脂质和类不饱和烃化合物升高，表明微生物生物量周转更强。微生物群落能够适应动态氧化还原条件，结果证实在不同氧化还原条件下存在不同碳化合物的循环，这源于生物可利用性的变化（由矿物—有机质动态驱动）和/或微生物代谢的转变。
利益冲突声明
已声明的资助信息
生物与环境研究办公室， https://ror.org/0114b2m14 ，SCW1478，SCW1632，DE-AC05-76RL01830
环境分子科学实验室， https://ror.org/04rc0xn13 ，48643
版权
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发表于 2026 年 7 月 28 日。
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Ashley Campbell，Ikaia Leleiwi，Amrita Bhattacharyya，Jeffrey Kimbrel，Yang Lin，Malak M. Tfaily，Allison Thompson，Rosalie Chu，Gareth Trubl，Whendee L. Silver，Ljiljana Pasa-Tolic，Peter Nico，Jennifer Pett-Ridge
bioRxiv 2026.07.27.741047； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.27.741047
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热带土壤中的微生物群落对波动的氧化还原条件具有高度韧性
Ashley Campbell，Ikaia Leleiwi，Amrita Bhattacharyya，Jeffrey Kimbrel，Yang Lin，Malak M. Tfaily，Allison Thompson，Rosalie Chu，Gareth Trubl，Whendee L. Silver，Ljiljana Pasa-Tolic，Peter Nico，Jennifer Pett-Ridge
bioRxiv 2026.07.27.741047； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.27.741047
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.27.741047v1?rss=1
🏷️ 热带土壤 微生物群落 氧化还原波动 碳循环 铁还原作用 土壤生物地球化学