自然风干是公认的土壤样品保存方法，在农业环境与地球科学研究中具有广泛应用，但其生物学研究却存在较大争议。主要原因是：学术界一般认为，风干土壤能较好地保存并反映土壤物理化学属性的空间变异规律，但风干会导致生物微环境发生剧烈变化，不能反映真实原位环境中生物的功能意义。针对这一难题，我室微生物研究课题组巧妙利用长期定位实验平台和地质油气资源形成规律，联合美国、英国、意大利、日本和国内研究团队，发现自然风干土壤可用于甲烷和氨氧化功能微生物研究，为海量微生物资源发掘和功能调控研究的样品保存提供了重要依据。
课题组依托中科院江苏常熟农田生态系统国家野外科学观测研究站，基于20余年的稻麦轮作野外观测平台，通过先进的分子生物学技术，发现与对照不施肥处理（CK）的新鲜土壤相比，22年长期施用化肥（NPK）或化肥配施有机肥（NPK/OM）显著改变了氨氧化细菌（AOB）的群落组成，但对氨氧化古菌（AOA）没有明显影响，阐明了长期施肥下细菌AOB驱动中性水稻土氮肥氧化的规律（Soil Sci Soc Am J . 2011. 75: 1431）。在此基础上，课题组将新鲜土壤风干，得到了一致规律，表明自然风干的土壤样品，也能很好地反映长期人为活动对氨氧化细菌AOB的影响规律（Biol Fert Soils. 2019. 55: 419）。这一成果也为美国、英国和意大利以及国内野外定位试验站土壤生物学样品保存策略提供了参考。
进一步比较了旱地和稻作农田，发现与新鲜土壤相比，自然风干处理导致氨氧化古菌AOA和细菌AOB的数量显著降低，但是，新鲜和风干条件下，两种类型土壤的微生物数量变化规律基本一致，表明风干处理后，土壤微生物数量仍然能够反映不同类型样品之间的差异，可用于微生物学研究（微生物学报 2012. 52: 894）。在此基础上，比较研究了中国生态系统研究网络中10个森林台站历史风干土壤样品及其微生物复苏能力，利用高通量测序氨氧化细菌AOB和古菌AOA的关键功能基因amoA，结合实时荧光定量PCR和DGGE指纹图谱技术，发现加水复苏后，土壤AOA和AOB的群落组成无明显变化。表明风干保存的土壤样品可用于后续微生物分离培养及下游遗传代谢研究（微生物学报. 2014. 54: 1311）。
甲烷氧化微生物被认为是油气藏勘探指示微生物，并与氨氧化微生物具有高度相近的系统发育关系。课题组针对油气藏和非油气藏上方的土壤剖面，系统比较了新鲜、自然风干和冷冻干燥3种处理下甲烷氧化细菌对油气藏形成的适应规律，发现与新鲜土壤相比，尽管自然风干和冷冻干燥显著降低了甲烷氧化细菌pmoA基因数量，但是，油气藏上方土壤剖面依然检测到了大量的甲烷氧化细菌pmoA基因。表明风干土壤可用于油气资源勘探指示微生物的检测（土壤 .2013. 45: 129-134）。进一步选择了日本、中国和非洲典型样品，利用原位RNA活性检测和高通量测序技术，也得到了类似规律（土壤学报 2017. 54: 191；Front. Microbiol. 2017. 7:1101. doi: 10.3389/fmicb.2016.01101）。
这些研究表明风干土壤可用于氨氧化和甲烷氧化微生物学研究，为进一步发掘重要功能微生物资源及其应用提供了科学依据。研究工作得到了中科院战略性先导科技专项（XDB15040000），国家自然科学基金（41530857, 41501267, 41471208）和土壤与农业可持续发展国家重点实验室等项目的资助。
长期施肥对氨氧化细菌和古菌群落结构的影响
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