森林生態系統作為“地球之肺”孕育著豐富的生物多樣性，具有調節氣候，固定碳氮元素，儲存水，提供木材和穩定土壤等功能。森林土壤通常表現為磷缺乏的現象，土壤里磷的輸入主要來自于含有機磷動植物殘體的降解。磷脂和植酸作為主要的有機磷化合物能夠分別被磷酸酶和植酸酶水解。植酸降解的中間產物能夠進一步為磷酸酶所水解。因而，通常用土壤磷酸酶的活性來反映有機磷礦化的水平。磷酸酶包括酸性磷酸酶和堿性磷酸酶，前者主要由植物分泌，后者主要由微生物分泌。在原核生物中發現有三個保守的產堿性磷酸酶的基因（phoA, phoD和phoX），其中含phoD基因細菌在土壤和水生環境中分布廣泛而通常作為有機磷礦化的生物標志物。解析陸生生態系統里含phoD基因細菌地理分布模式和多樣性特征對評估生態系統的健康和植被生產力具有重要意義。然而，森林系統里含phoD基因細菌多樣性維持機制的研究不夠深入。 

　　中國科學院水生植物與流域生態重點實驗室、武漢植物園環境基因組學學科組萬文結副研究員與楊玉義研究員，同中南民族大學何冬蘭教授開展合作，以湖北神農架林區森林土壤為研究對象，使用Illumina MiSeq技術確定了含phoD基因細菌的豐度、組成和多樣性；測定了土壤的理化性質和堿性磷酸酶活性；使用多種統計學分析方法以揭示高海拔（>1500 m）和低海拔（<1500 m）區域含phoD基因細菌對環境的適應性和群落構建機制。 

　　研究結果表明：土壤溫度、電導率、速效鉀含量和phoD基因豐度在低海拔區域更高。堿性磷酸酶活性在高海拔和低海拔區域未有顯著性差異。然而，高海拔區域含phoD基因細菌的多樣性明顯更高，且系統發育聚集明顯更緊密。含phoD基因細菌在高海拔區域較低海拔地區具有更寬的環境閾值和更強的系統發育信號，因而含phoD基因細菌在高海拔區域體現出更強的環境適應性。此外，含phoD基因細菌的群落構建在低海拔區域受隨機性和確定性過程共同主導，在高海拔區域主要受隨機性過程主動。研究人員重新設置了1000、1100、1200、1700、1900、2100和2500 m七個海拔閾值，結果表明在1100–1500 m海拔區域內，上述結論具有魯棒性。鑒于前人文獻報道知神農架林區植物多樣性在高于海拔1500 m和低于海拔1500 m具有明顯的差異，我們推測海拔1500 m亦可能是分化含phoD基因細菌多樣性的關鍵海拔閾值。該研究為森林生態系統里有機磷礦化相關細菌多樣性的維持提供了新的見解和分析手段，豐富了森林生態系統里有機磷礦化相關的知識。 

　　該研究受國家自然科學基金面上項目、中央高?；A研究經費和自然資源部城市土地資源監測與模擬重點實驗室開放基金資助，研究成果以“Adaptation of phoD-harboring bacteria to broader environmental gradients at high elevations than at low elevations in the Shennongjia primeval forest”為題，發表在SCI期刊Geoderma （中科院1區，top10%, IF₅=5.18）雜志上。萬文結副研究員為論文的第一作者，楊玉義研究員為論文的通訊作者。 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.11521 

圖1 神農架林區土壤有機磷礦化相關細菌在不同海拔閾值下環境適應性和環境限制