中国科学院战略性先导科技专项(B类)

土壤-微生物系统功能及其调控

专项 - 专项介绍

专项介绍

土壤是人类赖以生存与发展的物质基础。微生物是土壤具有生命力的根本,是土壤关键元素生物地球化学循环的驱动者,是维系陆地生态系统地上-地下相互作用的纽带。土壤微生物在全球物质循环和能量流动过程中发挥着不可替代的作用。然而,长期以来由于技术手段的限制,高达99%土壤微生物的功能尚未被认识,土壤微生物系统功能的研究处于一种概念性的描述状态。近五年来,高通量测序、原位表征等新技术的发展与应用根本改变了传统研究的理念,巨大的土壤微生物资源挖掘与利用,已经成为各国政府高度关注的新兴交叉前沿方向。利用中科院建制化的土壤微生物学研究基础,凝集跨学科的优势力量,发展土壤微生物研究的新技术新方法,研究我国主要生态系统土壤微生物的组成、格局及其驱动机制;解析土壤关键元素生物地球化学循环的分子微生物生态学机理,揭示土壤地上-地下生态系统协同作用机制,将能整体提升对我国土壤微生物资源的认知水平及可持续利用的调控能力,发展土壤微生物定向培育为基础的资源管理措施,为提高土壤养分利用率,保障我国粮食与生态安全提供重要依据。

 

本专项设置4个项目14个课题,围绕四个关键科学问题开展研究:

  1. 我国主要类型土壤微生物的组成、格局及其驱动机制是什么?
  2. 不同尺度下我国主要农田土壤养分元素高效转化的微生物生理生态学机理是什么?
  3. 典型农田土壤氮磷高效利用的土壤-植物-微生物协同作用机制与调控原理是什么?
  4. 新一代高通量测序、单细胞功能基因组学为代表的新技术新方法将如何影响土壤微生物学研究?

 

项目一将重点着眼于资源挖掘,全面刻画我国主要农田、森林与草地土壤类型微生物群落的组成与分布格局,阐明多尺度上典型土壤微生物的多样性和区域分布规律,揭示土壤微生物个体、群落、生态系统等尺度下地理分异规律的驱动机制。

项目二将着力突破土壤关键元素生物地球化学循环的微生物调控机制,定量描述土壤有机质转化和累积的微生物过程机制,在分子和群落水平,实现土壤氮磷转化微生物生态学理论的重大突破。

项目三将高度聚焦于土壤微生物功能的定向调控,围绕土壤-根系-微生物关键界面过程,解析信号物质的作用机制和调控途径,发展具有我国特色的土壤微生物功能定向培育理论与技术,在田块尺度下提升氮磷养分利用率5-8个百分点。

项目四将全力突破土壤微生物学研究的关键技术瓶颈,形成单分子实时测序、单细胞高通量分选与培养土壤微生物的先进方法,结合土壤物理-化学-微生物属性的整合分析,发展土壤-微生物系统功能研究的共性技术手段,建立我国土壤微生物数据库及分析平台,为本专项其它项目提供关键技术支撑,在不同尺度破译土壤微生物系统功能。

本专项的实施将培养一批在国际土壤微生物学及相关领域具有重要影响的优秀人才,实现未来5-10年我国土壤微生物学研究处于国际领先水平的目标。