土壤代謝組學(xué)的技術(shù)介紹及應(yīng)用實例

土壤代謝組學(xué)(soilomics)是指用代謝組學(xué)的方法研究土壤中有機質(zhì)、土壤微生物代謝含量變化及相互作用的一門科學(xué)。土壤微生物是土壤不可缺少的組成部分，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的分解者和調(diào)節(jié)者，能夠參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)以及能量流動，其分布及活性揭示土壤的變化規(guī)律和演變趨勢。研究土壤微生物碳代謝功能特征可以了解微生物多樣性及其碳代謝能力，為探索調(diào)節(jié)、控制和改善土壤環(huán)境質(zhì)量提供重要的參考。

技術(shù)優(yōu)勢
● 前處理經(jīng)驗豐富：能充分提取出土壤中的代謝物
● 檢測種類多：可檢測土壤中多類代謝物

技術(shù)路線
 

技術(shù)參數(shù)
● 樣本要求
土壤樣本：1-10g/sample

● 生物學(xué)重復(fù)
不低于6個生物學(xué)重復(fù)

● 檢測平臺
GC-TOF-MS (Agilent 7890B-LECO Peagsus HT)

● 常規(guī)項目周期
30個自然日，含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用方向
● 土壤有機質(zhì)及微生物成分分析
● 土壤微生物代謝通路研究
● 土壤生物多樣性及功能
● 污水土地處理系統(tǒng)代謝機制研究

案例分析
根系分泌物驅(qū)動土壤記憶抵御植物病原菌
研究對象：土壤
期刊：Microbiome
影響因子：9.133
時間：2018年

01.研究背景
在自然界中，植物會持續(xù)不斷的受到來自各種有害病原菌的入侵。土壤會幫助植物抵御病原菌入侵，即使是在氣候條件等有利于病原菌入侵的情況下。一些案例表明，抑病型土壤的抑病能力與土壤中特定的有益微生物富集有關(guān)。究其原因，這些富集的有益微生物可以分泌抗生素類物質(zhì)直接抵御病原菌入侵，但近年來發(fā)現(xiàn)有益菌可以激活植物免疫系統(tǒng)，例如ISR (inducedsystemic resistance) ，來間接性的協(xié)助植物抵御病原菌。植物招募的有益微生物可以形成土壤記憶，或者作為上一代植物留給下一代植株的遺產(chǎn)，將幫助下一代植株更好的抵御病原菌入侵。

02.研究結(jié)果
植物可以通過改變自身的滲出模式來招募有益的根際群落，以響應(yīng)暴露于地上的病原體，從而有利于后代的植物生長繁殖。生長在病原菌誘導(dǎo)過的處理土壤中可以提高擬南芥茉莉酸水平并且提高植物抗病性；16S rRNA基因擴增子測序表明在病原菌入侵后土壤(非根際土)和根際土壤中微生物群落發(fā)生了改變。GC-MS表明，被侵染后的植物會分泌更多的氨基酸、核酸和長鏈有機酸，但糖類物質(zhì)、短鏈有機酸含量下降。土壤培養(yǎng)實驗表明添加氨基酸和長鏈有機酸混合物提高植株抗病性。

03.研究思路
 

 

04.結(jié)果展示
得到了456個高質(zhì)量的特征峰，病原侵染組與對照組間代謝物存在顯著差異，其中醇、短鏈有機酸(SCOA)和糖在病原處理組中的含量顯著降低，而氨基酸和長鏈有機酸(LCOAs)的含量則顯著增加。
 

植物根系分泌物代謝變化