《中国绿色时报》2017年9月1日讯 记者潘春芳 王建兰 通讯员周晓星报道

　　研究对象既有动物、植物，也有微生物，研究方向既有土壤碳氮循环、土壤微生物地理分布，又有野生动物遗传多样性，研究足迹遍布天南海北。不了解的人，还以为中国林科院杰出青年张于光“不专一”呢。

　　实则不然，人家是货真价实的“专情王子”：本硕博的学习内容始终围绕分子生物学领域，到中国林科院森林生态环境与保护研究所做博士后两年、工作10年，仍然在用分子生物学技术和原理探索大自然的奥秘。

　　确切地说，张于光研究的是分子生态学领域，即从分子和基因水平研究生态学问题。

　　微生物的世界被视为“黑箱”

　　张于光介绍，动物、植物和微生物是自然生态系统的重要组成部分，它们在物质循环、能量传递、环境利用等方面相互影响、互惠共存。特别是微生物，它们是地球上分布最为广泛的类群，不仅存在于土壤，也存在于植物的根际、动物的肠道等，对维持生态系统稳定至关重要。

　　微生物是土壤有机碳转化的主要驱动力，通过了解森林土壤微生物空间分布格局及其形成机制，揭示微生物介导的土壤碳氮循环过程，相关的研究才有可能从对现象的描述发展到揭示现象的本质，才能帮助人们更好地预测微生物群落结构和多样性对各种环境变化的可能响应，从而指导人们管理森林生态系统的调控功能，制定更有效的管理措施和对策，以及应对全球变暖等重大的全球性环境问题。

　　“我们要保护大熊猫、保护东北虎，我们也同样需要保护微生物。微生物也是非常珍贵的资源库。2016年美国启动了国家微生物组计划，标志着很多微生物的研究和保护工作已经摆到日益重要的位置了。” 张于光说。

　　自然界中微生物的生物多样性占整个生物多样性的95%以上，可培养的微生物仅占自然界微生物的1%-10%。人们对环境微生物的认识长期滞后于大型动植物，微生物主导的很多生态过程仍被视为“黑箱”。人们对哪些微生物主导哪些过程、哪些因素影响微生物的多样性和群落组成、微生物多样性和群落结构如何影响植物群落的生产力和生物多样性、土壤微生物如何对干扰和环境变化做出响应等问题还缺乏深入了解。

　　土壤微生物也有地理分布带

　　近年来，分子生物学技术，特别是高通量测序和功能基因芯片技术的迅猛发展，为深入认识和揭示土壤微生物及其参与的生态学过程提供了可能。美国华人科学家周集中教授及其团队研制的微生物功能基因芯片，可广泛用于分析不同环境的微生物群落。

　　为了解森林土壤微生物的物种和基因多样性及其形成的主要原因，张于光团队以中国从南到北广泛分布的天然阔叶林为研究对象，以东经110°(±2°)为中心，从北纬40°内蒙古大青山国家级自然保护区开始，经山西、河北、河南、湖北、湖南、广西到北纬18°的海南尖峰岭国家级自然保护区，设计了一条超过2500公里的纬度梯度样带。这条样带涉及30多个国家级自然保护区，保存了较完整的森林生态系统，是我国天然林和野生动植物保护的重要组成部分，具有经度变化小、人为干扰少、气候变化差异明显等优点，非常适宜开展森林土壤微生物多样性的纬度分布格局和形成机制研究。

　　“大家都知道，大型的动物和植物是有明显的地理区域分布特征。我们发现，土壤微生物与大型动植物类似，具有明显地理分布特征，也就是说，有些微生物类群只在北方出现，而有些类群却只在南方出现。但是，微生物的功能基因却没有明显的区域变化特征，可能在不同区域存在功能相似的现象，也就是说，在不同的区域，不同微生物的类群可能承担了相似的生态功能。”

　　环境变化扰动土壤微生物

　　环境变化会不会影响微生物的种类和功能？如何影响？

　　“我们只有认识了这些变化，才有可能制定有效的调控和管理措施，减少环境变化带来的不利影响。”张于光说，2005年以来，他所在的团队就开始与周集中教授合作，引进和应用微生物功能基因芯片技术，开展环境变化对土壤碳氮循环和微生物代谢潜力的影响研究，试图揭示环境变化对土壤有机碳氮的影响机理，为正确理解陆地生态系统碳氮循环过程和准确评价温室气体排放提供科学依据。

　　张于光和队友们将实验地选在青藏高原和湖北神农架。青藏高原是世界上低纬度冻土集中分布区，被称为世界第三极，不仅对全球气候变化十分敏感，而且在亚洲气候乃至全球气候变化中扮演着重要角色。神农架是生物多样性热点地区。他们以海拔高度变化引起的自然温度梯度作为气候变化的替代试验系统，研究了青藏高原草地土壤微生物的功能基因多样性。结果表明，随着温度的升高，微生物介导的土壤易降解有机碳的降解速率增加，加速了土壤有机碳的释放。同时，气候变暖可能加速土壤另外一种温室气体氧化亚氮（N2O）的排放。“由此可见，如果我们能够调节微生物的活动和温室气体的排放，那么将极大地降低人类活动对温室气体排放的影响。”张于光解释道。

　　在神农架，他们对灌木林与冷杉林，天然次生林与成熟林进行了比较，也表明了森林类型的变化直接影响了土壤微生物介导的碳氮循环功能。

　　分子生物学助力野生动物保护

　　生物多样性保护的关键之一是保护物种。珍稀濒危物种保护存在诸多困难，一方面，濒危物种数量少、活动范围大、行为独特，在野外不容易见到。因此，人们对很多物种的种群数量、分布区域和遗传结构等仍然不清楚。另一方面，珍稀濒危物种数量少，分布区域存在隔离，特别容易发生近亲繁殖，从而产生遗传多样性降低和近交衰退等遗传学问题，加剧灭绝风险。

　　越来越多的证据表明，濒危物种种群的遗传变化与种群命运息息相关，特别是遗传多样性的降低和近交衰退在物种灭绝中起着十分重要的作用。

　　分子生物学为濒危物种保护提供了新的思路。张于光和他的团队建立了基于粪便、毛发、陈旧皮张等非损伤性取样的DNA提取技术，并利用mtDNA测序和微卫星DNA标记技术，先后开展了饲养东北虎的亲子鉴定和遗传多样性研究。他们进行了雪豹的种群调查和遗传多样性研究，明确了雪豹亚种的划分和分布区域，弥补了中国雪豹种群遗传结构研究的空白，同时开展了普氏原羚、藏羚羊等珍稀濒危物种的保护遗传学研究，以及川金丝猴、滇金丝猴和双峰野骆驼等珍稀濒危物种的景观遗传学研究。张于光等还对西藏地区新发现的金丝野牦牛群体进行遗传分类地位研究，为这些物种的保护提供了重要的科学依据。

　　张于光的研究需要非常繁重的野外调查，多年的野外工作留给他最深刻的感触不是苦不是累，而是那群跟他一路走南闯北的研究生。他说：“2012年的时候，我带了几名学生去青藏高原做样方调查，住在黄河源头的青海省玛多县，当地海拔高，大家都表现出头疼恶心、食不甘味、夜不能寐等高原反应的典型症状，但学生们坚持白天野外调查，晚上处理样品，十来天没有一个人退缩。同样是这一群年轻人，跟我从内蒙古的大青山一路调查到海南岛的尖峰岭，行程2500公里，连续近4个月，没有一个喊苦喊累的。我们一起在30多个国家级自然保护区完成了300余个植物样方的调查，采集植物样方数据近10万条，土壤样品600余份。”

　　“如果说我工作中取得了一点点成绩，那我认为是因为我站在巨人的肩膀上，我应该感谢那些支持和帮助我的巨人，包括单位领导、老师、同事和研究生团队等。”张于光笑称，自己很普通，却也很幸运，得到了别人很多帮助，特别要感谢的是自然保护区与生物多样性学科组的首席专家李迪强研究员，他鼓励并支持自己发挥专业特长开拓研究方向。