固碳自養(yǎng)微生物固定co

0生物固碳的環(huán)境效益co2是對(duì)總反應(yīng)影響最大的氣體，占總反應(yīng)的50%左右。工業(yè)革命以來(lái),大氣中CO2濃度增加了31%,溫室氣體在大氣中的濃度增加所造成的氣候變化已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。為減緩大氣CO2濃度變化,研究者探索了很多固定CO2的方法,主要包括化學(xué)固碳、物理固碳和生物固碳等。目前,自然界通過(guò)生物固定CO2以其直接經(jīng)濟(jì)且綠色無(wú)污染等特點(diǎn)備受各國(guó)研究者的關(guān)注。固定CO2的生物主要有植物和自養(yǎng)微生物。其中自養(yǎng)微生物廣泛分布于不同的生態(tài)系統(tǒng)中,它們具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,可以在多種環(huán)境條件下包括火山口、海洋深處、湖泊盆地等植物無(wú)法生存的生境中參與CO2的固定。因而從整個(gè)生物圈的物質(zhì)、能量流來(lái)看,研究微生物固碳的生態(tài)環(huán)境效益最具現(xiàn)實(shí)意義。近幾年來(lái),隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,以及固碳功能基因數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完備,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)和手段研究不同生態(tài)系統(tǒng)中固碳微生物群落多樣性和數(shù)量特征。本文擬對(duì)固定CO2的微生物種類(lèi),固定機(jī)理以及近年來(lái)關(guān)于微生物固定CO2的分子生態(tài)學(xué)方面的研究進(jìn)展作一綜述。1光能自養(yǎng)微生物CO2的固定也稱(chēng)碳素同化,指生物吸收CO2轉(zhuǎn)化成為自身細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程。根據(jù)機(jī)制的不同,可分為自養(yǎng)生物進(jìn)行的光合成、細(xì)菌型的光合成和化學(xué)合成,以及在異養(yǎng)生物或自養(yǎng)生物所進(jìn)行的CO2暗固定。其中光合成與細(xì)菌型光合成同化所需要的能量都是取自光能,化學(xué)合成是用無(wú)機(jī)物的氧化能來(lái)進(jìn)行CO2的固定。異養(yǎng)微生物靠吸收有機(jī)碳化合物生存,通過(guò)CO2的附加反應(yīng),將CO2固定在某種有機(jī)酸上增加碳素進(jìn)行固碳。固定CO2的自養(yǎng)微生物從能源獲得途徑不同可分為兩類(lèi):光能自養(yǎng)微生物和化能自養(yǎng)微生物,如表所示。光能自養(yǎng)微生物主要包括微藻類(lèi)和光合細(xì)菌,它們都含細(xì)胞色素,以光為能源,CO2為碳源,合成細(xì)胞組成物質(zhì)或中間代謝產(chǎn)物。其中,微藻類(lèi)屬于真核微生物,它們的種類(lèi)繁多包括綠藻、硅藻、紅藻等。而光合細(xì)菌均屬于原核生物界,其中藍(lán)藻(也稱(chēng)“藍(lán)細(xì)菌”)雖然為原核生物,但它們和植物葉綠體一樣能進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用,其它光合細(xì)菌具有多種多樣的色素,以硫化氫、硫或氫氣作為電子供體,但不氧化水產(chǎn)生氧。這些不產(chǎn)氧光合細(xì)菌包括紅細(xì)菌、紅螺菌、綠彎菌、綠硫細(xì)菌等?；茏责B(yǎng)微生物包括嚴(yán)格化能自養(yǎng)菌和兼性化能自養(yǎng)菌。它們以CO2為碳源,能源主要通過(guò)氧化H2、H2S、S2O32-、NH4+、NO2及Fe2+等還原態(tài)無(wú)機(jī)物質(zhì)獲得,其中嚴(yán)格化能自養(yǎng)菌代表微生物有硫氧化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氨氧化細(xì)菌及硝化細(xì)菌等;兼性化能自養(yǎng)菌有CO氧化菌和有氧氫氧化細(xì)菌等。2微生物固定co的生化機(jī)制2.1自養(yǎng)微生物對(duì)糖等體的生物活性在自養(yǎng)生物中,CO2是唯一碳源,自養(yǎng)微生物將從環(huán)境中獲得的CO2加在一個(gè)特殊的受體上,經(jīng)過(guò)循環(huán)反應(yīng),使之合成糖并重新生成該受體。在進(jìn)化過(guò)程中,不同的類(lèi)群自養(yǎng)微生物發(fā)展出不同的CO2同化途徑。至今已發(fā)現(xiàn)的CO2固定途徑有5條,即Calvin循環(huán)、厭氧乙酰輔酶A途徑、還原性三羧酸循環(huán)途徑、3-羥基丙酸途徑和琥珀酰輔酶A途徑。2.1.1cald抑制劑Calvin循環(huán)的整個(gè)過(guò)程可分為3個(gè)階段:(1)羧化反應(yīng);(2)還原反應(yīng);(3)CO2受體的再生。其中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RubisCO)是Calvin途徑的關(guān)鍵酶。這一途徑是光能自養(yǎng)生物和化能自養(yǎng)生物固定CO2的主要途徑,它參與各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的CO2固定和初級(jí)產(chǎn)物的合成,是大氣CO2濃度的主要調(diào)控途徑。2.1.2co還原功能厭氧乙酰輔酶A途徑(anaerobicacetyl-CoApathway)是近年來(lái)在一些能利用氫的嚴(yán)格厭氧菌中發(fā)現(xiàn)的新自養(yǎng)微生物CO2還原途徑。在產(chǎn)乙酸菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等細(xì)菌中不存在Calvin循環(huán),因而用乙酰-輔酶A途徑來(lái)?yè)?dān)任CO2還原功能。在該途徑中,CO2通過(guò)CO脫氫酶催化作用被還原,因此CO脫氫酶是該途徑的關(guān)鍵酶,該酶廣泛存在于所有的厭氧固碳微生物中。而且這條途徑可能是生命形成初期重要的有機(jī)物合成方式,因?yàn)樗鼉H以二分子的CO2就能合成乙酸,要比通過(guò)復(fù)雜的卡爾文循環(huán)更經(jīng)濟(jì)快捷。2.1.3固定co過(guò)程還原性三羧酸循環(huán)途徑是1966年Evans提出的綠硫菌自養(yǎng)固定CO2的途徑。通過(guò)該循環(huán)而固定CO2只是在少數(shù)光合細(xì)菌例如Chlorobiumthiosulfatophilum(嗜硫代硫酸鹽綠菌)中才能找到。在這一途徑中,CO2通過(guò)琥珀酰-CoA的還原性羧化作用被固定。2.1.4多功能酶系統(tǒng)的研究3-羥基丙酸途徑是在綠彎菌(Chloroflexus)中發(fā)現(xiàn)的。該固碳途徑通過(guò)乙酰-CoA的羧基化作用,以3-羥基丙酸和丙酰輔酶A作為特異性的中間體循環(huán)過(guò)程中再生CO2受體。所涉及到的酶類(lèi)大多是多功能酶包括乙酰CoA羧化酶和丙酰CoA羧化酶,催丙二酸單CoA還原酶、L2蘋(píng)果酰CoA/β-2甲基蘋(píng)果酰CoA裂合酶等,這些多功能酶在其它自養(yǎng)CO2固定途徑中并不常見(jiàn),且沒(méi)有一種是耐氧的。3-羥基丙酸途徑可能只適用于綠屈撓菌和一些古細(xì)菌。2.1.5還原性乙酰氧化酶a階段琥珀酰輔酶A途徑是2007年Berg等發(fā)現(xiàn)的第5條固碳途徑,在該途徑中,部分的反應(yīng)中間體和3-羥基丙酸途徑相同。不同的是,乙酸鹽和兩個(gè)CO2分子,經(jīng)過(guò)3-羥基丙酸鹽,合成琥珀酰-CoA。兩條路線所涉及的酶,在種系發(fā)育上無(wú)關(guān)。Berg等認(rèn)為琥珀酰輔酶A途徑是金屬球菌(Metallospharea)的主要固碳途徑,循環(huán)中涉及到的關(guān)鍵酶4-羥基丁酰CoA脫水酶對(duì)氧敏感。不同自養(yǎng)生物利用不同的方式固定CO2,根本原因是地球上大氣環(huán)境的演變?cè)斐傻?早期大氣中的氧含量很低,因此現(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的某些嚴(yán)格厭氧的古細(xì)菌和細(xì)菌均利用還原性乙酰輔酶A路線固定碳。隨著大氣中氧含量逐步增加,使大多數(shù)生物在進(jìn)化過(guò)程中放棄了還原性乙酰輔酶A路線逐漸進(jìn)化出了另外的自養(yǎng)方式如卡爾文循環(huán)。不同自養(yǎng)生物最終采用哪條途徑固定CO2,取決于它們的遺傳構(gòu)造和具體的生活環(huán)境。2.2co暗固定在有些異養(yǎng)細(xì)菌或動(dòng)物的組織中,由于CO2的附加反應(yīng),能使已經(jīng)合成的有機(jī)碳化合物的碳素?cái)?shù)量增加,稱(chēng)為CO2暗固定。其主要的兩個(gè)固碳途徑:草酰乙酸鹽途徑和嘧啶、嘌呤核苷酸途徑。2.2.1前酶a型的阿司匹林酶CO2固定合成草酰乙酸鹽是異養(yǎng)微生物核心代謝途徑外一系列回補(bǔ)反應(yīng)的重要一環(huán)。反應(yīng)式:Pyruvate+CO2+H2O+ATP→Oxaloacetate+ADP+Pi+2H+。該反應(yīng)的關(guān)鍵酶是丙酮酸羧化酶,該酶受acetyl-CoA(乙酰輔酶A水解酶)調(diào)控。通過(guò)該反應(yīng)獲得產(chǎn)物草酰乙酸鹽是重要的再生分子載體,它能夠?qū)幟仕嵫h(huán)的中間化合物(琥珀酰輔酶A和酮戊二酸)轉(zhuǎn)移出循環(huán),參與卟啉和氨基酸的合成,反應(yīng)過(guò)程與微生物的生長(zhǎng)和微生物量的合成緊密相關(guān),據(jù)估計(jì),異養(yǎng)微生物通過(guò)回補(bǔ)反應(yīng)固定的CO2占其生物量碳的10%左右。2.2.2其他固定工序生物體對(duì)異養(yǎng)微生物的活性在嘧啶途徑中,CO2的固定作用發(fā)生在嘧啶核苷酸合成反應(yīng)的第一步,即:CO2與谷氨酰胺在氨基甲酚磷酸合成酶Ⅱ催化下,合成氨基甲酰磷酸;嘌呤核苷酸途徑中,CO2的固定作用發(fā)生在在嘌呤核苷酸合成反應(yīng)的第7步,即生產(chǎn)嘌呤C6原子:CO2由AIR羧化酶(AIRcarboxylase)催化生成羧基氨基咪唑核苷酸(carboxyaminoimidazoleribotide,CAIR)。這些過(guò)程中,CO2被作為合成細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的DNA和RNA原料而參與反應(yīng),因此這些固碳過(guò)程對(duì)于異養(yǎng)微生物非常重要。其它的包含CO2固定步驟的反應(yīng)有亮氨酸的降解和生物素的合成途徑。Miltner等2005年通過(guò)14CO2同位素標(biāo)記研究了黑暗條件下土壤微生物的固碳過(guò)程,發(fā)現(xiàn)90d后異養(yǎng)微生物通過(guò)CO2暗固定反應(yīng)途徑固定的14C-SOC達(dá)到了培養(yǎng)前土壤總有機(jī)碳(SOC)的0.05%。而這種CO2暗固定,在以前的全球碳素研究中往往被忽略了。3氧性化質(zhì)細(xì)利用Calvin循環(huán)進(jìn)行CO2固定的生物除了綠色植物、微藻類(lèi)和絕大多數(shù)光合細(xì)菌外,還包括幾乎全部得好氧性化能自養(yǎng)菌,因此十分重要。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)是卡爾文循環(huán)中的關(guān)鍵酶,該酶催化卡爾文循環(huán)中的第一步CO2固定反應(yīng),科學(xué)家們對(duì)其進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。3.1氨基酸序列及形成基因型的關(guān)系近幾年,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,研究者開(kāi)始利用分子生物學(xué)方法研究這種蛋白質(zhì)的基因編碼在不同的群體核苷酸序列差異。通過(guò)RubisCO功能基因和16SrRNA系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的比較,可以以推測(cè)RubisCO在不同原核生物間的進(jìn)化信息。目前自然界存在的不同類(lèi)型RubisCO已被鑒定出來(lái),按照其結(jié)構(gòu),催化性能和O2的敏感性可分為Ⅰ—Ⅳ。其中RubisCOⅠ是一個(gè)由8個(gè)大亞基和8小亞基(L8S8)組成的環(huán)狀構(gòu)型分子,分子量約為550kDa,廣泛存在于植物和一些原核生物中。其中大亞基(cbbL)承擔(dān)了全部的催化功能,而小亞基可能只起到該酶催化活性的調(diào)控作用。Watson等通過(guò)對(duì)不同來(lái)源的RubisCOⅠ基因分離和測(cè)序,按照其氨基酸組成的進(jìn)化距離將其分為兩個(gè)類(lèi)群“green-like”和“red-like”,其中“green-like”類(lèi)群的核苷酸序列的相似性很高,為60.7%—99.2%,“red-like”類(lèi)群之間核苷酸的相似性也高達(dá)57.8%—100%。其中“green-like”類(lèi)群又可以分為IA、IB;“red-like”也有2種類(lèi)型,為IC和ID。含有IA基因的自養(yǎng)生物有α-,β-,γ-Proteobacteria和藍(lán)細(xì)菌,IB基因廣泛分布于植物,綠藻以及藍(lán)細(xì)菌等自養(yǎng)微生物中;IC型RubisCOⅠ主要存在于α-,β-Proteobacteria中,ID型RubisCOⅠ可能在非綠色藻類(lèi)中占主導(dǎo)地位。因此,RubisCOⅠ可以被認(rèn)為是一種主要存在于光合生物和好氧化能自養(yǎng)微生物中的RubisCO酶。RubisCOⅡ僅由一個(gè)cbbM基因編碼的大亞基組成的Lx結(jié)構(gòu),它的分子量范圍為110—450kDa,最早在深海紅螺菌(Rhodospirillumrubrum)中被發(fā)現(xiàn)的,該菌僅含有RubisCOⅡ,但它同樣可以催化RuBP羧化反應(yīng),這表明RubisCO的活性部位是在大亞基上。RubisCOⅡ與RubisCOⅠ在氨基酸序列上有25%—30%的相似性,除了與催化相關(guān)的保守氨基酸片段如Lys-329、Lys-191和Lys-166等外,RubisCOⅡ的大亞基在氨基酸序列上基本于RubisCOⅠ的大亞基不同。在許多自養(yǎng)細(xì)菌,其中包括某些紫色非硫細(xì)菌和硫桿菌,如Rhodobactercapsulatus和Rhodobactersphaeroides都同時(shí)擁有RubisCOⅠ和RubisCOⅡ。與RubisCOⅠ不同的是,該酶在低氧和高二氧化碳濃度下有較高活性,這與早期地球的大氣環(huán)境極為類(lèi)似,因此RubisCOⅡ可能是RubisCO的共同進(jìn)化祖先。RubisCOⅢ在一些古細(xì)菌中被發(fā)現(xiàn),以上這3種構(gòu)型的酶均包含羧化作用活性的氨基酸片段。RubisCOⅣ是在Bacillussubtilis,Chlorobiumtepidum,和Archaeoglobusfulgidus中發(fā)現(xiàn)的,由于缺少具有催化活性的氨基酸片段,RubisCOⅣ不參與卡爾文循環(huán)。3.2cbbl及cbbm基因在環(huán)境樣品中的應(yīng)用卡爾文循環(huán)是CO2固定的最主要路徑,在調(diào)節(jié)大氣CO2濃度方面發(fā)揮重要作用。RubisCOⅠ和RubisCOⅡ大亞基的編碼基因cbbL、cbbM的長(zhǎng)度為1400bp,各類(lèi)群cbbL基因之間氨基酸序列具有高度保守性,而且目前在NCBI的Genebank中已有豐富的基因序列公共數(shù)據(jù)庫(kù)資源,因此通過(guò)設(shè)計(jì)通用PCR引物,對(duì)環(huán)境樣品中cbbL功能基因進(jìn)行多樣性研究成為可能,因此,近年來(lái)cbbL、cbbM基因被許多學(xué)者用于不同生態(tài)環(huán)境中固碳微生物群落多樣性的研究[11-13,42-47]。3.2.1海底細(xì)菌中的基因序列浮游微生物包括光合細(xì)菌、化能自養(yǎng)菌以及微藻類(lèi)等,是水生生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級(jí)生產(chǎn)者。這些浮游微生物主要通過(guò)卡爾文循環(huán)固定CO2并合成有機(jī)質(zhì),通過(guò)對(duì)該途徑關(guān)鍵酶RubisCO的編碼基因cbbL、cbbM研究這些固碳微生物群落結(jié)構(gòu)及其對(duì)不同生境的響應(yīng)已成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Xu等利用cbbL基因的高保守氨基酸序列KPKLGLS和VVGKLEG設(shè)計(jì)了一對(duì)簡(jiǎn)并引物,成功擴(kuò)增出了美國(guó)伊利湖盆地西部4個(gè)不同樣區(qū)湖水樣品中cbbL,發(fā)現(xiàn)不同水層深度固碳浮游微生物的種類(lèi)差異較大,水體表層(0—5m)中的固碳微生物主要為綠藻類(lèi)包括橢圓小球藻、細(xì)柱藻等;而在10m深處的水體中主要的固碳微生物為綠硫菌。Elsaied等通過(guò)研究5個(gè)不同深海區(qū)的細(xì)菌的cbbL、cbbM基因多樣性發(fā)現(xiàn),cbbL、cbbM基因的系統(tǒng)發(fā)育與不同的海洋生境特點(diǎn)相關(guān),同一生境中的基因序列親緣關(guān)系較近,這顯示RubisCOⅠ/Ⅱ在海洋細(xì)菌中的是平行進(jìn)化的。此外,盡管從深海細(xì)菌中獲得的基因序列差異較大,但都與已知種屬的硫桿菌有較近的親緣關(guān)系,這說(shuō)明含有RubiscoⅠ/Ⅱ編碼基因的硫桿菌作為深海生態(tài)環(huán)境中的初級(jí)生產(chǎn)者在全球范圍內(nèi)廣泛分布。Paul在高鹽條件(5mol·L-1MgCl2)下的海水與深海盆地的臨界面獲得了細(xì)菌RubisCO的大亞基基因(cbbL,cbbM),所有基因的序列與GenBank中的已知的cbbL,cbbM核酸序列比對(duì),均是未報(bào)道的新基因型,通過(guò)進(jìn)化樹(shù)分析表明cbbL序列均屬于硫桿菌屬,cbbM序列則聚類(lèi)在兩個(gè)基因簇中,其中一個(gè)基因簇與硫桿菌聚類(lèi)在一起,另一個(gè)簇中的序列彼此間沒(méi)有親緣關(guān)系。作者推斷這些含有RubisCOⅠ/Ⅱ編碼基因的光合細(xì)菌和化能自養(yǎng)細(xì)菌有可能參與了深海盆地的CO2固定作用,同時(shí)該研究也是第一個(gè)報(bào)道在高鹽濃度下存在RubisCOⅠ/Ⅱ編碼基因。Alfreider等發(fā)現(xiàn)地下水和含水層中cbbL和cbbM基因廣泛分布在自養(yǎng)細(xì)菌中且基因的多樣性較高,支持了作者的假設(shè)即在合適的生境條件下,地下水中的自養(yǎng)微生物通過(guò)卡爾文循環(huán)固定CO2是該系統(tǒng)起主要作用的固碳途徑。3.2.2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳微生物的多樣性目前,基于RubisCO編碼基因的固碳微生物分子生態(tài)學(xué)的研究主要集中在水生生態(tài)系統(tǒng),有關(guān)陸地生態(tài)系統(tǒng)RubisCO編碼基因的多樣性研究較少,最近的研究主要集中在特定的生態(tài)環(huán)境中固碳微生物種群多樣性及其對(duì)環(huán)境條件的響應(yīng),研究發(fā)現(xiàn)了很多新的微生物固碳基因型,而這些固碳微生物在土壤中所起的具體作用和貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。自然生境中,Nanba等2002年最早開(kāi)始的是對(duì)45—300年不同年限的火山灰中兼性自養(yǎng)細(xì)菌的cbbL基因多樣性和分布的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同年限火山灰中化能自養(yǎng)微生物區(qū)系及基因cbbL多樣性差異很大,說(shuō)明化能自養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)受生境和遺傳因素的影響很大。Videm?ek等2008年利用green-like和red-like基因研究了自然CO2排放源生態(tài)系統(tǒng)中土壤固碳菌對(duì)高CO2濃度生境的響應(yīng),結(jié)果在所有土壤中均未檢測(cè)到green-like基因,但檢測(cè)到了red-like基因,而且發(fā)現(xiàn)距離排放源近,即CO2濃度高的土壤中red-like基因的多樣性和數(shù)量均顯著下降,說(shuō)明高CO2濃度的生境不但不會(huì)有利于固碳細(xì)菌的生長(zhǎng)反而抑制了大部分固碳細(xì)菌的活性,僅有少部分固碳菌通過(guò)特別的遺傳構(gòu)造適應(yīng)了高CO2濃度的生境。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳微生物RubisCO編碼基因的多樣性研究開(kāi)始于2003年Tolli等對(duì)松樹(shù)林和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不同土層深度的土壤中化能自養(yǎng)菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性研究。研究發(fā)現(xiàn)了許多屬于RubisCOⅠ的新基因型,它們都來(lái)源于典型的兼性化能自養(yǎng)菌,其中一個(gè)基因簇與氨氧化細(xì)菌聚類(lèi)在一起,而從不同樣地和土層深度中獲得的cbbL的基因多樣性差異很大,結(jié)果表明化能自養(yǎng)菌群落受植被類(lèi)型和土地利用方式的影響。Selesi等2005年通過(guò)野外長(zhǎng)期定位試驗(yàn),研究在不同農(nóng)田管理方式下green-like基因和red-like基因系統(tǒng)進(jìn)化種群多樣性分布,發(fā)現(xiàn)green-likecbbL基因顯示出非常低的多樣性水平,其序列與維氏硝酸桿菌和硝化細(xì)菌相近,而red-likecbbL基因文庫(kù)在施肥土壤中多樣性較高,在不施肥土壤中多樣性則較低,他們從red-likecbbL基因文庫(kù)入手得到了桿菌、鏈霉菌和節(jié)桿菌是研究點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群。為進(jìn)一步探明土壤red-likecbbL基因的豐度,Selesi等針對(duì)red-likecbbL基因設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)定量PCR引物和探針,研究了不同農(nóng)田管理方式土壤和土壤微觀環(huán)境中cbbL基因的數(shù)量變化,發(fā)現(xiàn)不同土壤中red-likecbbL基因的拷貝數(shù)8×106—3.4×107g-1soil,其中主要分布在壤土和黏土中,而在砂土中幾乎沒(méi)有red-likecbbL基因被檢測(cè)到,結(jié)果表明,含有red-likecbbL基因的細(xì)菌在土壤中廣泛而大量分布,但是,這些微生物在土壤中的具體功能和固碳貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步的研究。4農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳微生物群落多樣性迄今為止,關(guān)于微生物固定CO2的分子生物學(xué)研究主要集中在卡爾文循環(huán)中的關(guān)鍵酶的蛋白結(jié)構(gòu),酶活性,及其編碼基因的序列分析、基因克隆與表達(dá)以及基因調(diào)控等方面,而有關(guān)其它固碳途徑(如3-羥基丙酸和琥珀酰輔酶A途徑)的分子生物學(xué)研究較少。同時(shí),微生物固定CO2的分子生態(tài)學(xué)研究主要集中于水生生態(tài)系統(tǒng),研究了不同區(qū)域和水層深度對(duì)固碳微生物多樣性的影響。而對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng),特別是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究較少。國(guó)內(nèi)外對(duì)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳微生物的研究主要集中于旱地土壤,研究學(xué)者們探討了施肥管理、植被類(lèi)型、土層深度、土壤質(zhì)地對(duì)固碳細(xì)菌多樣性的影響。研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)田土壤固碳微生物數(shù)量豐富,一