溫室氣體排放量的增加促使全球變暖，直接和間接影響土壤和生物地球化學(xué)過程。作為地下過程的主要調(diào)節(jié)者，土壤微生物的群落組成和功能由于長(zhǎng)期氣候變化而改變。然而，這種緩慢適應(yīng)忽略了分解者對(duì)突然事件（例如通過使干燥土壤重新濕潤(rùn)導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)脈沖）的響應(yīng)，這對(duì)生物地球化學(xué)過程有重大影響，在氣候變化情景下，關(guān)于微生物對(duì)土壤濕潤(rùn)響應(yīng)模式仍存在知識(shí)空白。
微生物可以改變它們的增長(zhǎng)策略以適應(yīng)環(huán)境變化。微生物對(duì)干旱后水脈沖的響應(yīng)取決于多種環(huán)境和生物因素。事實(shí)上降水量歷史已經(jīng)影響了微生物群體的進(jìn)化策略，這與其基于系統(tǒng)發(fā)育的習(xí)性不一致。盡管如此，長(zhǎng)期氣候變化如何塑造微生物在土壤濕潤(rùn)后的增長(zhǎng)策略及其系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)仍然知之甚少。
微生物在系統(tǒng)發(fā)育上是保守的，但對(duì)氣候變化的適應(yīng)可能會(huì)使情況復(fù)雜化。因此，微生物的生態(tài)特性反映了系統(tǒng)發(fā)育限制和環(huán)境適應(yīng)。然而，這些特性受系統(tǒng)發(fā)育和環(huán)境影響的程度仍然不確定。
針對(duì)以上問題，蘭州大學(xué)凌寧教授團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》（IF=16.6）上發(fā)表題為“Elevated temperature and CO2strongly affect the growth strategies of soil bacteria”的研究論文，本研究識(shí)別了這些土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)策略、系統(tǒng)發(fā)育模式是如何受到增溫和二氧化碳富集影響，同時(shí)微生物的增長(zhǎng)策略及其系統(tǒng)發(fā)育模式的重塑也能夠量化反應(yīng)環(huán)境的變化。
方案設(shè)計(jì)&流程
1.研究地點(diǎn)、田間實(shí)驗(yàn)及土壤采樣
本研究依賴于一個(gè)模擬大氣CO2富集和升溫的實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)（圖1a）。氣候變化處理是根據(jù)代表濃度路徑（RCP）情景設(shè)定的，模擬了大約30-40年后的CO2大氣濃度和溫度升高。作物生長(zhǎng)期內(nèi)全天候保持升高的大氣CO2濃度和作物冠層空氣溫度。每個(gè)處理在三個(gè)具有相同基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)中重復(fù)，并且環(huán)以分段排列設(shè)計(jì)（圖1b）。所有環(huán)由相鄰的開放田地緩沖，以避免任何處理交叉。所有地塊的水稻和小麥栽培均按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施進(jìn)行。
2.通過添加18O水來模擬干燥土壤重新濕潤(rùn)后的營(yíng)養(yǎng)脈沖
為了確定微生物生長(zhǎng)在經(jīng)過長(zhǎng)期適應(yīng)增溫和CO2富集后對(duì)脈沖事件的響應(yīng)差異，研究人員通過結(jié)合DNA定量穩(wěn)定同位素探針（DNA-qSIP）技術(shù)進(jìn)行18O水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)來估計(jì)活躍微生物的種群特異性增長(zhǎng)率（圖1c）。
3.細(xì)菌總拷貝及16S rRNA測(cè)序技術(shù)分析微生物菌群結(jié)構(gòu)
總16S rRNA基因拷貝數(shù)使用微生物擴(kuò)增子測(cè)序和qPCR定量技術(shù)V4-V5區(qū)域引物515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGG-3′）和907R（5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3′）進(jìn)行量化?？偣?04個(gè)DNA樣本（12個(gè)未分段DNA樣本+72×11個(gè)分段DNA樣本）用于16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序結(jié)合使用相同引物的qPCR定量方法進(jìn)行細(xì)菌總拷貝絕對(duì)定量（即515F/907R）。【16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序和環(huán)境因子、菌群群落結(jié)果相關(guān)性分析由Genesky Biotechnologies Inc.,Shanghai,China上海天昊生物科技有限公司完成】。
4.群系生長(zhǎng)策略的分類
研究人員在三個(gè)時(shí)間間隔比較了群系的平均增長(zhǎng)率，并基于最大增長(zhǎng)率的時(shí)間將其分類為快速、中間和緩慢增長(zhǎng)策略：（1）快速響應(yīng)者：物種在孵育的第1天達(dá)到最高增長(zhǎng)率；（2）中間響應(yīng)者：物種在第3天孵育時(shí)達(dá)到最高增長(zhǎng)率；（3）緩慢響應(yīng)者：物種在第6天孵育時(shí)達(dá)到最高增長(zhǎng)率。增長(zhǎng)率顯著大于零的群系可以在每個(gè)處理中分為三種策略之一。
圖1田間和室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖
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