行业动态INDUSTRY DYNAMIC

温室效应引起的冻土融化加剧微生物群落介导的土壤有机碳分解

来源:admin    发布时间:2020-07-20   阅读数:58

本周佳作推荐,给大家分享一篇发表在Microbiome上的佳作,文章方法用到了a级黄色片的“独门秘籍”GeoChip5.0。

本文的通讯作者是GeoChip的发明者,来自美国俄克拉荷马大学的周集中教授。话不多说,赶紧欣赏本篇佳作吧!

温室效应引起的冻土融化加剧微生物群落介导的土壤有机碳分解期刊图

Warming-induced permafrost thaw exacerbates tundra soil carbon decomposition mediated by microbial community

温室效应引起的冻土融化加剧微生物群落介导的土壤有机碳分解

作者:Jiajie Feng1, Cong Wang1, Jiesi Lei2, Yunfeng Yang2*, Qingyun Yan1,3,4, Xishu Zhou1,2,5, Xuanyu Tao1, Daliang Ning1, Mengting M. Yuan1, Yujia Qin1, Zhou J. Shi1, Xue Guo1,2, Zhili He1,3,4, Joy D. Van Nostrand1, Liyou Wu1, Rosvel G. Bracho-Garillo6, C. Ryan Penton7,8,James R. Cole9, Konstantinos T. Konstantinidis10, Yiqi Luo11, Edward A. G. Schuur11, James M. Tiedje9,12 and Jizhong Zhou1,2,13*

期刊:Microbiome

时间:2020.01.17


一、文章摘要

多年冻土层中的土壤有机碳(SOC)占全球储存量的50%,而日益严重的温室效应使其不断分解并出现正反馈加剧温室效应。已有研究表明,短期变暖可刺激微生物介导冻土苔原的SOC快速分解,但不影响其群落组成,并推测长期变暖可能会导致植物产能、土壤微生态和土壤微生物群落结构发生实质性改变。为了验证以上的推测,作者针对16S rRNA和ITS进行扩增子测序,并结合GeoChip 5.0对微生物群落功能进行深入分析。


二、实验设计

本研究土壤样本取样自2008年9月在阿拉斯加建立的永久冻土碳库增温实验研究场地(CiPEHR)。场地中设有相互距离100米的3个试验区,每个区有2组相互距离5m的样区,每组各有1个增温区和紧邻的控制区。本研究在变暖5年的条件下,从每个样区的地下0-15 cm土层采样,共6个增温样本和6个控制样本,同时测量多种理化指标包括土壤温度、湿度、融化深度、总碳、总氮、生态系统呼吸量和CH4含量。采用MOBIO PowerMax土壤DNA分离试剂盒(PowerMax Soil DNA Isolation Kit)提取总DNA,采用GeoChip 5.0、16S rRNA V4区测序(Illumina Miseq)和ITS 区测序(Illumina Miseq)进行深入研究。


三、研究结果

1、微生物群落多样性分析

通过16S rRNA扩增子测序分析共得到5117个细菌OTUs,在门水平,丰度最高的是变形菌门,其次是酸性菌门。通过ITS扩增子测序分析共得到1456个真菌OTUs,其中丰度最高的菌属是锤舌菌纲,其次是散囊菌纲。气候变暖可增加细菌群落的alpha多样性,但真菌群落的alpha多样性并没有增加(图1.a),推测是由于真菌在生物学重复样本中变异较大所导致(图1.b)。在变暖条件下细菌的beta多样性增加,而真菌的beta多样性依然没有显著变化(图1.c,d),说明气候变暖改变了细菌群落的组成,但对真菌群落的组成没有影响。

 细菌/真菌群落多样性指数
图1.细菌/真菌群落多样性指数


2、微生物群落功能结构分析

GeoChip分析显示共有38484个探针呈现阳性信号,MRPP、ANOSIM和Adonis均表明土壤微生物功能随着温度的升高产生明显的变化,特别是与C、N、P和S相关的基因的相对丰度都明显增加(图2)。在本研究中共检测到50个与C分解相关的基因,其中42个基因的相对丰度在变暖条件下显著升高;同时检测到13个与产甲烷相关的基因,这13个基因在变暖条件下相对丰度明显升高,可推测在变暖条件下,微生物C分解能力和产甲烷能力都提高可能导致原位C缺失。

 Geochip 5.0相关基因信号强度标准化图
图2.Geochip 5.0相关基因信号强度标准化


3、微生物群落组成机制和冻土融化

通过计算随机比率来评估变暖条件在塑造土壤微生物群落的过程中产生的影响,发现变暖使细菌群落的随机过程从91.5%减少至65.9% ,真菌群落的随机比例也同样降低。为了确定引起微生物群落强烈变化的因素,作者进行了系统发育beta多样性分析(βNTI)与14种环境因素的成对差异相关性分析(图3)。数据表明细菌βNTI与土壤解冻深度相关性最高,其次是土壤湿度和地上植被生物量。而真菌整体βNTI与土壤解冻深度和土壤湿度相关,但相关性数据均弱于细菌βNTI。作者同步使用CCA验证土壤解冻深度、土壤湿度等因素与微生物群落之间的关系。

微生物群落系统发育转化与植物和土壤因子的线性回归分析
图3.微生物群落系统发育转化与植物和土壤因子的线性回归分析


四、总 结

结果表明,冻土微生物群落结构在短期变暖情况下不会发生改变,但长期变暖会使其产生明显变化。而冻土融化深度和碳分解均会影响细菌群落结构,表明变暖使冻土区的细菌群落组成发生根本性的变化,因此可推测冻土微生物在长期变暖的条件下将加剧温室效应,从而加快冻土融化。




您可能还喜欢:

宏病毒组|宏病毒组助力土壤病毒研究!

美格宏病毒组助力病毒富集率提高10~40倍!



分享到: