Metagenomic and 14 C tracing evidence for autotrophic microbial CO 2 fixation in paddy soils

固碳 基因组 生物 自养 土壤水分 鲁比斯科 光合作用 环境化学 土壤碳 植物 生物化学 细菌 生态学 化学 遗传学 基因
作者
Ke‐Qing Xiao,Tida Ge,Xiaohong Wu,Caroline L. Peacock,Zhenke Zhu,Jingjing Peng,Peng Bao,Jinshui Wu,Yong‐Guan Zhu
出处
期刊:Environmental Microbiology [Wiley]
卷期号:23 (2): 924-933 被引量:53
标识
DOI:10.1111/1462-2920.15204
摘要

Autotrophic carbon dioxide (CO2 ) fixation by microbes is ubiquitous in the environment and potentially contributes to the soil organic carbon (SOC) pool. However, the multiple autotrophic pathways of microbial carbon assimilation and fixation in paddy soils remain poorly characterized. In this study, we combine metagenomic analysis with 14 C-labelling to investigate all known autotrophic pathways and CO2 assimilation mechanisms in five typical paddy soils from southern China. Marker genes of six autotrophic pathways are detected in all soil samples, which are dominated by the cbbL genes (67%-82%) coding the ribulose-bisphosphate carboxylase large chain in the Calvin cycle. These marker genes are associated with a broad range of phototrophic and chemotrophic genera. Significant amounts of 14 C-CO2 are assimilated into SOC (74.3-175.8 mg 14 C kg-1 ) and microbial biomass (5.2-24.1 mg 14 C kg-1 ) after 45 days incubation, where more than 70% of 14 C-SOC was concentrated in the relatively stable humin fractions. These results show that paddy soil microbes contain the genetic potential for autotrophic carbon fixation spreading over broad taxonomic ranges, and can incorporate atmospheric carbon into organic components, which ultimately contribute to the stable SOC pool.
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