磷的有效性是限制全球农业生产力的关键因素。然而,土壤中大部分磷以固定形式存在,植物无法直接利用。解磷菌在活化固定态磷方面起着至关重要的作用，然而在复杂的土壤环境中识别活性解磷菌和量化其解磷能力一直是一个挑战。

近期，由中国科学院城市环境研究所朱永官院士的研究团队发展了一种新型单细胞技术，用于研究不同土壤类型中的活性解磷菌。朱永官院士、崔丽研究员为通讯作者，李弘哲副研究员为论文第一作者，中国科学院城市环境研究所为第一单位。研究成果以论文标题Single-cell exploration of active phosphate-solubilizing bacteria across diverse soil matrices for sustainable phosphorus management为题，发表在Nature Food上。研究工作得到国家自然基金（42021005,22241603）、中国科学院前沿科学重点研究计划“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-DQC027）等的支持。

“认知解磷菌的原位活性对指导高效施肥和可持续磷管理至关重要,"朱永官研究员说。”然而，传统的技术难以解析土壤中单个微生物的真实活性。”

研究人员利用单细胞拉曼光谱结合重水标记的方法，以不依赖纯培养的方式识别和量化土壤中的活性解磷菌。他们优化了该技术，使其适用于不同的土壤类型与施肥处理。使用这种方法，研究人员在九个土壤样本中量化了活性解磷菌的丰度和溶磷效率。结果清楚地显示了土壤性质和施肥类型对解磷菌活性具有显著影响。

崔丽研究员认为“我们的方法做到了直接检测原位土壤中解磷菌的溶磷功能，突破了基因型研究的局限”。

研究人员通过单细胞分选进一步分离了最活跃的解磷菌，用于靶向宏基因组测序。这使研究人员能够将解磷表型与特定的细菌类群和功能基因联系起来。该研究发现了多个此前未被认识到的具有高解磷能力的微生物。并解析了参与磷活化的磷循环和碳循环基因。

朱永官院士认为“我们的技术相当于是在挖掘微生物资源的矿山，这些新型、高效的解磷菌可以被用来做成菌肥，有不错的应用前景”。

这项工作提高了对原位土壤解磷菌活性的理解。开发的将表型与基因组联系起来的单细胞技术为探索土壤有益微生物、提高农业可持续性提供了强大的工具。

论文链接 

单细胞拉曼结合重水标记识别土壤中活性解磷菌，并通过靶向分选和测序关联其表型与基因型。