【摘要】 本文介绍了微生物碳利用效率（CUE）的概念及其在土壤碳循环中的重要性。CUE量化了微生物将吸收的碳用于生长合成而非呼吸消耗的比例，直接影响土壤固碳或排碳能力。详细阐述了基于18O-H₂O稳定同位素标记法的CUE测定步骤，包括样品预处理、标记培养、CO₂浓度监测、DNA提取与定量，以及CUE计算公式。同时，提供了采样、保存要求和测试内容指南，适用于环境检测和土壤管理优化。

土壤是巨大的碳库，而微生物是驱动土壤碳转化的重要因子。微生物如何分配它们吸收的碳——是用于生长合成，还是呼吸消耗？这直接决定了土壤是“固碳”还是“排碳”。微生物碳利用效率 (CUE) 正是量化这一关键过程的核心指标。准确测定CUE，对于理解土壤碳循环机制、评估土壤固碳潜力、优化农业管理策略至关重要。

 

一、什么是微生物碳利用效率 (CUE)？

简单来说，CUE 衡量了微生物将吸收的碳（如有机质分解产物）用于自身生长合成的比例。其定义为：

CUE = 用于微生物生长的碳 / (用于生长的碳 + 呼吸消耗的碳)

· 高 CUE 值： 意味着更多的碳被固定到微生物生物量及其产生的副产物中，有利于土壤有机碳的积累和稳定。

· 低 CUE 值： 意味着更多的碳被微生物通过呼吸作用以 CO₂ 形式释放回大气，可能导致土壤有机碳的流失。

因此，CUE 是评估土壤健康和固碳能力的一个关键生物指标。

 

二、 如何测定 CUE？— 18O - H2O

基于稳定同位素标记的18O-H2O培养法，其核心原理是利用重氧水标记新合成的微生物DNA，通过检测DNA 中18O的富集程度，结合呼吸 CO2 的测量，精确计算出微生物的生长速率和呼吸速率，进而得到 CUE。

步骤如下：

包括：

· 样品预处理与预培养：确保微生物处于活跃状态。

· 18O-H2O标记培养：在恒温培养箱中进行标记培养。

· CO₂ 浓度监测：使用气相色谱仪  （Thermo Trace GC Ultra) 测定培养过程中释放的 CO₂，计算呼吸速率。

· 微生物DNA提取与定量：采用专业的土壤 DNA 提取试剂盒 (如 MP Fast DNA SPIN Kit for Soil) 和核酸定量仪，获取DNA 含量。

· 稳定同位素比率分析：利用稳定同位素比率质谱仪，精确测定新合成 DNA 中的18O及含量。

 

三、采样及保存

采样：野外采样用小铲土壤, 去除较大石粒后均匀混合成一份混合土样、装袋并尽快带回实验室。

保存：回到实验室后，尽快将土壤中的石头/植物根系/虫子等剔除，用筛网过筛（2mm筛）后，置于4℃冰箱中保存, 并尽快冷链快递。

如果短期保存（1个月内），将土壤置于-20℃保存，长期保存需将土壤置于-80℃冰箱保存。

 

四、测试内容及样品准备

如果需要测试全套流程（推荐）：预培养7天，测试微生物碳+标记培养+测试CO2浓度+DNA提取及浓度测试+烘干+包样测试；可送20%空白对照。（空白对照指的是标记时准备同样一份样品，不加标处理）

样品要求：50~60g，最好60g以上。如果做重氧水标记全实验：寄10克以上土样；

（注：可选做部分）

 

五、 CUE的计算

微生物生长速率、周转速率和碳源利用效率计算公式如下： 

 

培养期间所产生的总DNA含量（μg）：

 

微生物生长速率（Growth，ng C g-1 soil h-1）的计算：

 

微生物呼吸速率（Respiration，ng C g-1 soil-1 h-1）的计算：

 

微生物CUE通过以下公式进行计算：

 

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