當(dāng)土壤變干時，這會對土壤細(xì)菌的活動產(chǎn)生負(fù)面影響。使用最先進(jìn)的分析和成像技術(shù)的創(chuàng)新組合，UFZ的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，真菌通過向他們提供水和營養(yǎng)物質(zhì)來增加干燥和營養(yǎng)貧乏棲息地的細(xì)菌活動。真菌在土壤中調(diào)節(jié)干旱脅迫從而維持生態(tài)系統(tǒng)功能的能力是氣候變化背景下的重要見解。

許多真菌通過稱為菌絲的細(xì)絲網(wǎng)絡(luò)在土壤中傳播。在尋找水和養(yǎng)分時，菌絲在不同方向生長，不斷擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)。一旦發(fā)現(xiàn)，水和營養(yǎng)物質(zhì)就會被吸收并通過菌絲運(yùn)輸，從而可以將它們供應(yīng)到干燥或營養(yǎng)貧瘠的土壤中的部分真菌網(wǎng)絡(luò)。但是，通過菌絲管道傳輸物質(zhì)不僅可以使真菌本身受益：細(xì)菌也可以隨時獲得茁壯成長所需的水分和養(yǎng)分?，F(xiàn)在，UFZ研究人員在最近發(fā)表在Nature Communications雜志上的一項研究中證明了這一點。“我們長期懷疑真菌在土壤水分預(yù)算中起著重要作用，”UFZ環(huán)境生物技術(shù)專家MatthiasKästner教授說。“現(xiàn)在，使用來自UFZ的ProVIS研究平臺的二次離子質(zhì)譜技術(shù)(NanoSIMS和ToF-SIMS)，我們終于獲得了實驗證據(jù)。”

作為調(diào)查的一部分，研究人員通過顯微鏡下的小菌絲真菌仔細(xì)檢查了水，底物和營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸。他們在含有水，葡萄糖和氮的營養(yǎng)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)真菌。真菌菌絲必須通過干燥，無營養(yǎng)的區(qū)域才能生長到含有培養(yǎng)基的新區(qū)域。不適宜的過渡區(qū)含有普通土壤細(xì)菌枯草芽孢桿菌的孢子。孢子是芽孢桿菌的無活性階段，當(dāng)水不足，食物和營養(yǎng)物質(zhì)可用于細(xì)菌生長時形成。細(xì)菌進(jìn)入一種休眠階段，一旦環(huán)境條件更有利于生活，它們就會從中醒來。

在實驗中，這些條件確實通過真菌的生長得到改善：“當(dāng)真菌菌絲在干燥區(qū)生長時，細(xì)菌孢子發(fā)芽，我們注意到明顯的微生物活動，”UFZ環(huán)境微生物學(xué)家Lukas Y. Wick博士說。“真菌明顯改善了細(xì)菌的環(huán)境條件，并將它們從沉睡中醒來，就像睡美人一樣。”但是，當(dāng)真菌菌絲直接接近細(xì)菌孢子時，化學(xué)水平究竟發(fā)生了什么?為了回答這個問題，研究人員用穩(wěn)定的同位素預(yù)先標(biāo)記了培養(yǎng)基中的水，葡萄糖和含氮營養(yǎng)素。如果這些物質(zhì)從真菌轉(zhuǎn)移到細(xì)菌，可以使用同位素標(biāo)記和NanoSIMS方法檢測它們，具有納米級空間分辨率。“NanoSIMS方法揭示了元素和同位素的分布，因此我們可以觀察代謝過程，”Kästner解釋道。“事實證明，我們確實在細(xì)菌的細(xì)胞團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了標(biāo)記的水，葡萄糖和含氮營養(yǎng)素的穩(wěn)定同位素 - 這些同位素只能來自真菌。”

這項研究為UFZ研究人員提供了對真菌及其在土壤中的重要功能的另一個重要見解。真菌作為水泵，基質(zhì)和養(yǎng)分的泵站和管道，可以在荒涼的地方定居，使它們適合細(xì)菌生長 - 從而刺激土壤中的微生物活動。在以前的研究中，研究人員已經(jīng)證明，真菌菌絲可以作為細(xì)菌的真菌通道，讓它們四處移動，為細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移提供熱點。威克繼續(xù)說：“這項最新研究的結(jié)果再次表明，通過與細(xì)菌的相互作用，真菌在土壤生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的，以前被低估的作用。”

如果土壤被污染物污染，例如細(xì)菌可以打破他們。但如果土壤太干燥，降解過程就會停滯不前。“如果干旱期持續(xù)有限的時間，真菌就會產(chǎn)生穩(wěn)定作用并能保持土壤過程。如果土壤干濕區(qū)域的比例急劇增加，這對于氣候變化的影響尤為重要， “凱斯特納說。因此，在未來的研究中，研究人員打算將土壤視為真正的生態(tài)系統(tǒng)。“我們希望在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行土壤試驗，并找出真菌生長對污染物分解的影響，”威克說。他補(bǔ)充說：“重要的是要更好地了解真菌在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用。只有當(dāng)我們知道土壤如何我們可以通過明智的決策來應(yīng)對變化，例如氣候變化導(dǎo)致的變化。“