研究背景：
? ? 土壤碳和氮循環(huán)及其對環(huán)境變化的復(fù)雜反應(yīng)越來越受到關(guān)注。然而，模型預(yù)測仍然存在很大的不確定性，部分原因是缺乏微生物過程的明確表示和參數(shù)化。開發(fā)微生物氮轉(zhuǎn)化過程仍然具有挑戰(zhàn)性。首先，多步無機(jī)氮反應(yīng)由位于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)或周質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)酶調(diào)節(jié)。這些細(xì)胞內(nèi)酶與細(xì)胞外酶不同，導(dǎo)致在微生物生態(tài)模型中代表它們的問題。其次，需要有效的微生物或酶來處理與多種無機(jī)氮過程相關(guān)的不同微生物群落。例如，最近使用基于 GeoChip 的基因豐度來約束微生物酶分解 (MEND) 模型，由于缺乏微生物的詳細(xì)表征，建模工作沒有跟上氮相關(guān)微生物和微生物生態(tài)學(xué)的快速發(fā)展。由于可用的長期數(shù)據(jù)有限，通過現(xiàn)場觀察校準(zhǔn)和驗(yàn)證進(jìn)行模型參數(shù)化非常困難。
研究進(jìn)展：
? ? 土壤碳和氮循環(huán)及其對環(huán)境變化的復(fù)雜反應(yīng)越來越受到關(guān)注。然而，模型預(yù)測仍然存在很大的不確定性，部分原因是缺乏微生物過程的明確表示和參數(shù)化。開發(fā)微生物氮轉(zhuǎn)化過程仍然具有挑戰(zhàn)性。首先，多步無機(jī)氮反應(yīng)由位于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)或周質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)酶調(diào)節(jié)。這些細(xì)胞內(nèi)酶與細(xì)胞外酶不同，導(dǎo)致在微生物生態(tài)模型中代表它們的問題。其次，需要有效的微生物或酶來處理與多種無機(jī)氮過程相關(guān)的不同微生物群落。例如，最近使用基于 GeoChip 的基因豐度來約束微生物酶分解 (MEND) 模型，由于缺乏微生物的詳細(xì)表征，建模工作沒有跟上氮相關(guān)微生物和微生物生態(tài)學(xué)的快速發(fā)展。由于可用的長期數(shù)據(jù)有限，通過現(xiàn)場觀察校準(zhǔn)和驗(yàn)證進(jìn)行模型參數(shù)化非常困難。
研究進(jìn)展：
? ? 2021年12月14日，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Global Change Biology發(fā)表相關(guān)研究論文，武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/俄克拉荷馬大學(xué)王綱勝為該論文第一作者兼通訊作者，俄克拉荷馬大學(xué)周集中教授為共同通訊作者，論文題目：Soil enzymes as indicators of soil function: a step toward greater realism in microbial ecological modeling。
研究結(jié)果
? ? 作者使用土壤酶作為土壤功能指標(biāo)，在微生物酶分解 (Microbial-ENzyme?? Decomposition,?MEND) 模型中開發(fā)了競爭性動(dòng)態(tài)酶分配方案和詳細(xì)的酶介導(dǎo)土壤無機(jī)氮過程。作者對來自美國明尼蘇達(dá)州 12 年 CO2×N 草地實(shí)驗(yàn) (BioCON) 的不同土壤 C-N 通量、微生物 C:N 比率和功能基因豐度進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和驗(yàn)證。除了準(zhǔn)確模擬土壤 CO2?通量和多個(gè) N 變量外，該模型還預(yù)測了微生物 C:N 比率及其對富氮供應(yīng)的負(fù)面反應(yīng)。模型驗(yàn)證進(jìn)一步表明，與模擬酶濃度和分解速率的變化相比，8 種 C-N 相關(guān)酶的模擬活性變化可以通過測量的基因豐度更好的得到解釋，以響應(yīng)大氣 CO2?濃度升高。可見，使用酶作為土壤功能的指標(biāo)，并在生態(tài)系統(tǒng)建模中使用功能基因豐度驗(yàn)證模型預(yù)測，可以為測試有關(guān)微生物介導(dǎo)的生物地球化學(xué)過程響應(yīng)環(huán)境變化的假設(shè)提供基礎(chǔ)。