磷（P）是生命体的重要组成元素，也是植物生长的必需营养元素。由于植物的吸收和土壤矿物的固定，生物有效磷成为影响陆地生态系统生产力的重要限制因子之一。另外一方面，由于过量磷肥施用及污染物排放导致水体磷素含量超标进而产生更严重环境生态问题。在河流、湖泊、湿地和水稻田等浅层淹水环境的土/沉积物-水界面广泛存在一类肉眼可见的微生物聚集体，称之为周丛生物膜（Periphytic Biofilms）。与单一微生物群落相比，这层主要由藻类及附着细菌和真菌组成的周丛生物膜具有更为多样的生态功能。目前已有研究表明周丛生物膜在土壤磷素调控中发挥重要作用，但是周丛生物膜对磷素浓度的微生物学响应机制缺乏深入研究。
我院界面过程与土壤圈演化中心滕辉教授课题组对周丛生物膜驱动的土-水界面磷素循环进行深入探索，阐明了周丛生物膜对磷素调控的微生物学机制。相关研究成果发表在环境微生物学TOP期刊《Applied and Environmental Microbiology》上。
研究结果表明，周丛生物膜对环境磷素浓度具有精细的生物学响应，使环境磷素得到高效利用和释放。周丛生物膜在高磷浓度下快速生长形成生物量，并且通过生物奢侈吸收（Luxury Uptake)摄取超过自身需求的磷素形成多聚磷酸盐（PolyP)，以此大量存储环境中过量磷素。在低磷环境下，周丛生物膜通过改变自身群落组成，具有吞噬细菌及藻细胞功能的兼性营养型藻Ochromonas和Poterioochromonas大量出现，在兼性营养藻及土壤铁铝矿物的共同作用下释放生物量及胞内PolyP存储的磷素。另外，通过对胞外代谢产物（Exometabolome）分析发现，周丛生物膜在低磷环境下通过硫元素（S）部分替代磷的方式减少对磷素的消耗，并且通过分泌铁载体（Siderophores）的方式释放被矿物固定的磷素。研究揭示了周丛生物膜在土-水界面磷素循环中的微生物缓冲机制，为磷生物地球化学循环过程研究提供了新思路。
我院张坚超老师为论文第一作者，滕辉教授为论文通讯作者。论文得到国家自然科学基金青年项目（41701275）及重点项目（41830859），科技部重点研发计划项目（2016YFD0200306）的资助。
论文信息：Jianchao Zhang#, Jing Su#, Chao Ma, Xiangyu Hu, Henry H Teng*. Periphytic microbial response to environmental phosphate bioavailability – relevance to P management in paddy fields. Applied and Environmental Microbiology. 2021. 01201-21.
论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/AEM.01201-21
