中国草原不同空间尺度土壤微生物的群落构建及驱动因子

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微生物是地球上最丰富、多样性最高的生物类群,在维持地球生态系统的功能和稳定过程中起到关键的作用。与动植物的研究相比,由于微生物个体微小、数量众多等特性使得微生物群落分布的空间格局、群落形成的驱动过程并没有一致的研究结论。微生物作为生态的重要组成部分,其群落多样性与生态功能、生态系统稳定性密切相关。历史上由于技术手段的限制,微生物群落的地理格局和形成过程无法进行有效的评估。近年来,分子生物学技术和生物信息学的发展,尤其是高通量测序技术的应用,使这一方面的研究成为热点,也使得这一系列问题的解决成为可能。  中国草原是欧亚大草原的重要组成部分,是重要的陆地生态系统,同时是生态脆弱地带。随着全球气候变化的加剧,草原急剧退化,研究草原生态系统,尤其是其中的微生物,对于了解全球变化下的生物多样性及生态功能意义重大。本研究主要以扩增子高通量测序为技术手段,通过样带调查,研究多尺度、多区域下中国草原微生物群落的组成、多样性及群落形成的驱动过程。本研究对了解微生物群落在我国草原的空间分布,阐明微生物群落的形成过程以及环境因子如何驱动这一过程有着重要的科学意义。对于推进微生物功能的研究和科学管理和利用草原生态系统有着重要的现实意义。本研究主要得出了以下结论:  (1)从微生物群落的结构来说,全国尺度下温带草原和高寒草原的环境和微生物群落多样性有着明显的差异,温带草原中新疆和内蒙古草原存在明显差异,这些差异是由区域环境的差异引起的。根据微生物群落多样性的差异,即在全国尺度下,温带草原和青藏高原高寒草原是相对独立的两个生态子系统,而温带草原可以细分为新疆草原和内蒙古草原两个部分。  (2)内蒙古草原、北方温带草原和全国草原的土壤原核微生物群落组成主要以酸杆菌门Acidobateria,变形菌门Proteobacteria,放线菌门Actinoabacteria和拟杆菌门Bacteroidetes等超过10%相对丰度的门组成;真菌主要以子囊菌门和担子菌门为主。  (3)中国草原总体尺度上的细菌群落α多样性受到空间因素(纬度和海拔)、植被(盖度、多度和生物量)、气候(年均温、年均降水和干旱度)以及土壤盐度(电导率)的影响;真菌α多样性受到纬度和土壤理化(pH、电导率和铵态氮)的影响。细菌和真菌β多样性的主要驱动因子为空间因素(纬度和海拔)、植被盖度、干旱度和pH,土壤有机碳氮也对其有较为重要的影响。  (4)细菌群落和真菌群落的形成均受到更多环境因子的影响而非地理距离。但两者的形成机制不同,细菌群落的形成主要是环境影响下成种和漂变(drift)等随机过程,而真菌为环境过滤作用下的确定性过程。  (5)观测水平的环境对微生物群落β多样性的解释度相对于真实情况,对细菌而言会被高估,而对于真菌而言会被低估。
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