Взаимодействие растений и микроорганизмов лежит в основе контрастных ферментативных реакций на осушение болот

Исследователи под руководством профессора Фэн Сяоцзюань из Института ботаники Китайской академии наук (IBCAS) проанализировали различные реакции углерод-деградирующих ферментов на осушение болот. Они установили, что ферментативный ответ на долгосрочное осушение различается в сфагновых и несфагновых болотах из-за различных сдвигов в растительности.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change 15 августа, объясняет, почему реакция ключевого фермента, фенолоксидазы, на осушение в полевых условиях оставалась неопределённой. Огромные запасы углерода в болотах часто связывают с подавленной активностью ферментов (особенно фенолоксидазы) в условиях дефицита кислорода. Осушение, вызванное изменением климата и деятельностью человека, увеличивает доступность кислорода, что потенциально может привести к всплеску фенолоксидазной активности и разложению углерода.

Учёные провели общенациональное парное обследование осушенных болот по всему Китаю, которые подвергались долгосрочному (15–55 лет) искусственному осушению. В исследовании участвовали повторяющиеся пары заболоченных и осушенных почв на 30 болотах, включая 14 сфагновых и 16 несфагновых. Результаты показали, что, хотя краткосрочное осушение обычно увеличивает фенолоксидазную активность, её реакция на долгосрочное осушение расходится в сфагновых и несфагновых болотах.

Анализ метагеномики почв и метаболизма растений продемонстрировал, что долгосрочное осушение в несфагновых болотах связано с увеличением вторичных метаболитов растений (особенно антимикробных фенолов) и уменьшением количества микроорганизмов, продуцирующих фенолоксидазу. Напротив, в сфагновых болотах осушение связано с заменой антимикробного сфагнума сосудистыми растениями, что увеличивает количество микроорганизмов, продуцирующих фенолоксидазу, и её активность, с каскадным эффектом на гидролитические ферменты.

Эти результаты объясняют контрастные изменения фенолоксидазной активности после осушения болот на разных временных масштабах и показывают, что взаимодействие растений и микроорганизмов, а не доступность кислорода, лежит в основе различных реакций на осушение в полевых условиях. Как отметила профессор Фэн, включение этого нового механизма в модели улучшит прогнозы динамики органического углерода в болотных почвах и её обратной связи с изменением климата.