真菌从他们的睡眠中唤醒细菌

当土壤变干时，这会对土壤细菌的活动产生负面影响。使用最先进的分析和成像技术的创新组合，UFZ的研究人员现在发现，真菌通过向他们提供水和营养物质来增加干燥和营养贫乏栖息地的细菌活动。真菌在土壤中调节干旱胁迫从而维持生态系统功能的能力是气候变化背景下的重要见解。

许多真菌通过称为菌丝的细丝网络在土壤中传播。在寻找水和养分时，菌丝在不同方向生长，不断扩大网络。一旦发现，水和营养物质就会被吸收并通过菌丝运输，从而可以将它们供应到干燥或营养贫瘠的土壤中的部分真菌网络。但是，通过菌丝管道传输物质不仅可以使真菌本身受益：细菌也可以随时获得茁壮成长所需的水分和养分。现在，UFZ研究人员在最近发表在Nature Communications杂志上的一项研究中证明了这一点。“我们长期怀疑真菌在土壤水分预算中起着重要作用，”UFZ环境生物技术专家MatthiasKästner教授说。“现在，使用来自UFZ的ProVIS研究平台的二次离子质谱技术(NanoSIMS和ToF-SIMS)，我们终于获得了实验证据。”

作为调查的一部分，研究人员通过显微镜下的小菌丝真菌仔细检查了水，底物和营养物质的运输。他们在含有水，葡萄糖和氮的营养素的培养基上培养真菌。真菌菌丝必须通过干燥，无营养的区域才能生长到含有培养基的新区域。不适宜的过渡区含有普通土壤细菌枯草芽孢杆菌的孢子。孢子是芽孢杆菌的无活性阶段，当水不足，食物和营养物质可用于细菌生长时形成。细菌进入一种休眠阶段，一旦环境条件更有利于生活，它们就会从中醒来。

在实验中，这些条件确实通过真菌的生长得到改善：“当真菌菌丝在干燥区生长时，细菌孢子发芽，我们注意到明显的微生物活动，”UFZ环境微生物学家Lukas Y. Wick博士说。“真菌明显改善了细菌的环境条件，并将它们从沉睡中醒来，就像睡美人一样。”但是，当真菌菌丝直接接近细菌孢子时，化学水平究竟发生了什么?为了回答这个问题，研究人员用稳定的同位素预先标记了培养基中的水，葡萄糖和含氮营养素。如果这些物质从真菌转移到细菌，可以使用同位素标记和NanoSIMS方法检测它们，具有纳米级空间分辨率。“NanoSIMS方法揭示了元素和同位素的分布，因此我们可以观察代谢过程，”Kästner解释道。“事实证明，我们确实在细菌的细胞团中发现了标记的水，葡萄糖和含氮营养素的稳定同位素 - 这些同位素只能来自真菌。”

这项研究为UFZ研究人员提供了对真菌及其在土壤中的重要功能的另一个重要见解。真菌作为水泵，基质和养分的泵站和管道，可以在荒凉的地方定居，使它们适合细菌生长 - 从而刺激土壤中的微生物活动。在以前的研究中，研究人员已经证明，真菌菌丝可以作为细菌的真菌通道，让它们四处移动，为细菌基因转移提供热点。威克继续说：“这项最新研究的结果再次表明，通过与细菌的相互作用，真菌在土壤生态系统中发挥着重要的，以前被低估的作用。”

如果土壤被污染物污染，例如细菌可以打破他们。但如果土壤太干燥，降解过程就会停滞不前。“如果干旱期持续有限的时间，真菌就会产生稳定作用并能保持土壤过程。如果土壤干湿区域的比例急剧增加，这对于气候变化的影响尤为重要， “凯斯特纳说。因此，在未来的研究中，研究人员打算将土壤视为真正的生态系统。“我们希望在不同的环境条件下进行土壤试验，并找出真菌生长对污染物分解的影响，”威克说。他补充说：“重要的是要更好地了解真菌在土壤生态系统中的作用。只有当我们知道土壤如何我们可以通过明智的决策来应对变化，例如气候变化导致的变化。“

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