青海湖沼澤濕地cbbM固碳微生物群落對模擬增溫的動態(tài)響應(yīng)

摘要：為探究增溫處理后沼澤濕地固碳微生物群落的差異及主要影響因素，我們以青海湖小泊湖沼澤濕地為研究對象，利用高通量測序?qū)烫嘉⑸锕δ芑騝bbM進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，青海湖沼澤濕地cbbM固碳微生物以γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria） 為優(yōu)勢菌群。溫度升高后，cbbM固碳微生物的Alpha多樣性趨于降低（Pgt;0.05），與土壤濕度及全碳全氮的變化趨勢一致。發(fā)硫菌屬（Thiothrix） 和閃桿菌屬（Lamprobacter） 的相對豐度在增溫處理下顯著升高（Plt;0.05），能夠作為溫度升高的指示性生物。此外，固碳微生物的群落多樣性不受環(huán)境因子的顯著影響，土壤濕度是影響固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的最重要因素。綜上所述，溫度升高影響了沼澤濕地的土壤固碳過程，降低高寒濕地固碳效率。

關(guān)鍵詞：青藏高原；氣候變化；碳循環(huán)；碳固定

中圖分類號：X172""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" 文章編號：1007-0435（2024）12-3752-12

收稿日期：2024-04-09；修回日期：2024-05-14

基金項目：第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項目（2019QZKK0405）；青海省重點(diǎn)研發(fā)與轉(zhuǎn)化計劃（2022-QY-204）；青海省科技計劃（2023-ZJ-905T）資助

作者簡介：

章妮（1997-），女，漢族，湖北荊州人，博士研究生，主要從事濕地生態(tài)學(xué)研究，E-mail：1581146264@qq.com；*通信作者 Author for correspondence，E-mail：ckl7813@163.com

Dynamic Response of the cbbM Carbon Sequestration Microbial Community to

Simulated Warming Conditions in the Marsh Wetland of Qinghai Lake

ZHANG Ni1，2，3， CHEN Ke-long1，2，3*， WANG Xin-ye1，2，3，

LI Lin1，2，3， WANG Shi-ting1，2，3

（1. Qinghai Province Key Laboratory of Physical Geography and Environmental Process， College of Geographical Science，

Qinghai Normal University， Xining， Qinghai Province 810008， China; 2. Key Laboratory of Tibetan Plateau Land Surface

Processes and Ecological Conservation （Ministry of Education）， Qinghai Normal University， Xining， Qinghai Province 810008，

China; 3. National Positioning Observation and Research Station of Qinghai Lake Wetland Ecosystem in Qinghai，

National Forestry and Grassland Administration， Haibei， Qinghai Province 812200， China）

Abstract：Soil carbon storage in wetlands is profoundly influenced by microbiota and climate warming. Despite the vast expanse of wetlands in the Qinghai-Tibet Plateau，the precise mechanisms by which microorganisms involved in carbon sequestration responding to temperature increases in marshes remain elusive. In order to investigate the variances in carbon sequestration microbial communities and the primary influencing factors following warming treatments，this study focused on the marsh wetland of Xiaobo Lake in Qinghai Lake as its research subject. High-throughput sequencing was utilized to examine the functional gene cbbM of carbon sequestration microorganisms. It was found that Gammaproteobacteria constituted the dominant group of carbon sequestration microorganisms harboring the cbbM gene in the marsh wetland of Qinghai Lake. With rising temperatures，the Alpha diversity of carbon sequestration microorganisms containing the cbbM gene tended to decrease （Pgt;0.05），consistent with the observed trends in soil moisture，total carbon，and nitrogen levels. The relative abundance of Thiothrix and Lamprobacter significantly increased under warming treatment （Plt;0.05），making them reliable indicators of temperature elevation. Furthermore，environmental factors did not significantly affect the community diversity of carbon sequestration microorganisms，with soil moisture emerging as the most influential factor shaping the community structure of these microorganisms. In conclusion，a significant increase in temperature impacts the process of soil carbon sequestration in marsh wetlands，leading to a decrease in the efficiency of carbon sequestration in alpine wetlands.

Key words：Qinghai-Tibet Plateau;Climate change;Carbon cycle;Carbon fixation

全球溫室氣體排放的加速顯著推動了氣候變暖的進(jìn)程［1］。濕地生態(tài)系統(tǒng)是地球上最具生產(chǎn)力和多樣性的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是一個關(guān)鍵的碳庫［2-3］。濕地的固碳能力受氣候變化影響顯著，特別是在高緯度地區(qū)，生長季節(jié)長度的變化使其受到的影響更大［4-5］。青藏高原作為中國氣候變化的啟動器，其變暖速度是全球平均速度的兩倍［6］。該地區(qū)擁有世界上最大的高寒濕地面積［7］，因此該生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化尤為敏感。研究表明，全球氣候變化已經(jīng)對青藏高原的碳循環(huán)過程產(chǎn)生了顯著影響［8］。此外，近幾十年的變暖不僅對青藏高原的植被和土壤條件產(chǎn)生了顯著影響［9-10］，而且這些變化還可能進(jìn)一步影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)［11］。預(yù)測顯示到本世紀(jì)末，地球表面溫度將升高1～4℃［12］，這可能會導(dǎo)致土壤碳儲量的減少［13-14］。

微生物驅(qū)動元素循環(huán)并影響著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，其群落特征與全球變化息息相關(guān)［15-16］。作為土壤微生物生長和活動的關(guān)鍵控制因素，溫度調(diào)節(jié)并推動了重要的生化循環(huán)［17-18］。有研究表明，氣候變暖直接或間接地影響了土壤微生物的活動［19］，而微生物的反應(yīng)可能會加強(qiáng)氣候的正反饋，進(jìn)一步加速全球變暖［20-21］。另有研究發(fā)現(xiàn)，變暖可能會影響與土壤微生物相關(guān)的碳循環(huán)過程［22］。因此，研究氣候變暖對微生物群落組成的影響，有助于我們更深入地了解全球變暖對土壤碳循環(huán)的影響機(jī)制［23］。此外，自養(yǎng)微生物是濕地固碳的重要組成部分，其吸收的碳占濕地有機(jī)碳庫的8%～27%，對濕地土壤的固碳潛力和土壤功能的保護(hù)與恢復(fù)有著重要作用［24-25］?，F(xiàn)有研究得出的結(jié)論各異，Guo等［26］研究了青藏高原草地土壤自養(yǎng)微生物的群落多樣性，發(fā)現(xiàn)固碳微生物的豐度隨溫度升高而降低。Ma等人［27］的研究發(fā)現(xiàn)增溫降低了碳降解相關(guān)微生物的豐度，從而提高了微生物的固碳能力。而Zhao等人［28］研究了不同草地類型的土壤自養(yǎng)微生物，表明草地類型和海拔干擾了增溫作用，固碳微生物的豐度不受溫度的顯著影響。高靜等人［29］對藏北高原固碳微生物群落特征的研究也得出了同樣的結(jié)論。

Calvin-Benson-Bassham循環(huán)是光自養(yǎng)生物和化學(xué)自養(yǎng)微生物吸收二氧化碳的主要方式。其中，第一個步驟由核酮糖1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）催化［30］。cbbM基因作為催化II型核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）的功能基因，它在低氧和高二氧化碳環(huán)境下發(fā)揮著重要作用［31］。因此，深入了解變暖對青藏高原濕地cbbM固碳微生物群落的影響，對于預(yù)測和應(yīng)對未來全球碳循環(huán)和氣候變化至關(guān)重要。目前，已公布的濕地碳固存率存在顯著差異，這種變化與濕地類型緊密相關(guān)［32］。此外，不同的土壤生境對土壤固碳微生物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生決定性影響［33］。然而，現(xiàn)有的研究多聚焦于潮間帶沉積物［34］、沿海鹽沼濕地［35］、喀斯特濕地［36］和稻田［37］等生態(tài)系統(tǒng)的土壤固碳微生物，高寒沼澤濕地的相關(guān)研究仍顯不足。鑒于此，本研究采用高通量測序技術(shù)，深入探討了青海湖高寒沼澤濕地中固碳微生物群落特征對溫度升高的響應(yīng)。本研究旨在解決兩個核心問題：一，增溫處理是否導(dǎo)致了cbbM固碳微生物多樣性和群落組成的變化？二，cbbM固碳菌群與環(huán)境因子之間是否存在潛在的相互關(guān)聯(lián)？

1" 材料與方法

1.1" 研究區(qū)概況

小泊湖實驗站坐落于青海湖東側(cè)，地理坐標(biāo)為36°41′～36°42′N，100°46′～100°47′E。小泊湖距離青海湖直線大約3 km，它是在青海湖水位下降后形成的沼澤化草甸。這個區(qū)域的平均海拔是3228 m，年均溫介于-0.8～1℃之間。年降水量介于324.5～412.8 mm之間，主要集中在5—9月。年蒸發(fā)量則達(dá)到1502 mm。小泊湖地區(qū)的日照時間相當(dāng)長，從2430～3330 h不等。大風(fēng)日數(shù)較多，冬春季節(jié)的風(fēng)主要是西北風(fēng)和西風(fēng)，而夏秋季節(jié)則以東南風(fēng)和東北風(fēng)為主。在植物方面，小泊湖的植物種類相對單一，其中藏嵩草（Kobresia tibetica） 和華扁穗草（Blvsmus sinocompressus） 是植物群落中的優(yōu)勢種［38］。

1.2" 試驗設(shè)計及樣品采集

于2015年設(shè)置增溫實驗，增溫幅度為1.3℃，具體布設(shè)方法與參考文獻(xiàn)一致［39］。2020年6月采集土壤樣品。每個土壤樣品都是由五個土芯組合而成（五點(diǎn)取樣法），利用直徑為4.5 cm的土鉆，從表層土中0～10 cm的深度范圍內(nèi)收集。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，總共采集了6份土壤樣品，分為兩個處理組：自然對照（Bck） 和開頂箱增溫（BW）。每個處理組都包含了三個重復(fù)的土壤樣品。采集完畢后，土壤樣品首先經(jīng)過2 mm孔徑的篩分處理，以去除其中的雜質(zhì)。篩分后的土壤樣品分別儲存在冰袋中，并立即將其運(yùn)送回實驗室進(jìn)行后續(xù)分析。在實驗室中，一部分土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干處理，用于后續(xù)的理化分析；而另一部分則被保存在-80℃冰箱中，以便進(jìn)行分子分析。

1.3" 理化測定

土壤理化因子采用標(biāo)準(zhǔn)方法測定，土壤pH值以1∶2.5的土水比測定（Sartorius basic pH meter PB-10，Germany）。測定土壤濕度（Humidity，Hum）的方法是將新鮮土壤樣品在105℃下干燥8 h，直至其達(dá)到恒重，使用LI-8100 （LI-COR，USA） 設(shè)備監(jiān)測溫度（Temperature，Tem）。元素分析儀（Vario EL III，Elemental analysis system GmbH） 用于總碳（Total carbon，TC） 和總氮（Total nitrogen，TN） 的含量測定。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采樣分析過程均嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程。

1.4" DNA提取和高通量測序

使用土壤DNA試劑盒（OMEGA D5625-01，USA）提取每個土壤樣品的DNA。采用0.8%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質(zhì)量，紫外分光光度計測定DNA質(zhì)量。cbbM基因片段使用（5′-TTCTGGCTGGGBGGHGAYTTYATYAARAAYGACGA-3′） 和（5′-CCGTGRCCRGCVCGRTGGTARTG-3′） 的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)增引物擴(kuò)增。所有分析均在標(biāo)準(zhǔn)化條件下進(jìn)行，每個樣品重復(fù)三次。PCR反應(yīng)體系和循環(huán)條件與Li等人［40］一致。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，純化的PCR產(chǎn)物用于Illumina MiSeq高通量測序。

1.5" 統(tǒng)計分析

在R軟件4.1.2中，利用MicrobiotaProcess包的grgrarecurve函數(shù)繪制稀釋曲線評估測序深度。get_alphaindex函數(shù)計算Alpha多樣性指數(shù)。通過get_pca函數(shù)進(jìn)行PCA分析以評估β多樣性，并用Wilcoxon檢驗檢驗組間差異。利用UpsetR包的upset函數(shù)展示分類操作單元（Operational taxonomic unit，OTU） 的分布。使用LEfSe （http：//huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/） 識別組間有顯著差異的生物標(biāo)志物。circlize包繪制circos圖。linkET包的mantel_test函數(shù)計算相關(guān)性及P值，并用qcorrplot繪制熱圖。pheatmap包用于繪制關(guān)聯(lián)熱圖。ggplot2包美化并出圖。

2" 結(jié)果與分析

2.1" cbbM固碳微生物的群落多樣性對增溫的響應(yīng)

為了深入探究固碳微生物群落在增溫環(huán)境下的響應(yīng)機(jī)制，本研究借助Illumina平臺，針對cbbM基因進(jìn)行了高通量測序分析。圖1a展示了各樣品測序稀釋性曲線的平穩(wěn)趨勢，這說明測序數(shù)據(jù)量的有效性，也能夠反映微生物群落的組成情況。進(jìn)一步對青海湖流域沼澤濕地土壤中的微生物進(jìn)行Alpha多樣性分析（圖1b），研究發(fā)現(xiàn)，在增溫處理下，cbbM固碳微生物的物種豐富度指數(shù)（ACE和Chao1指數(shù)） 和多樣性指數(shù)（Shannon和Simpson指數(shù)） 均呈現(xiàn)出不顯著的下降的趨勢（圖1）。此外，通過PcoA分析（圖2），我們觀察到青海湖沼澤濕地土壤具有較大的異質(zhì)性，而增溫處理進(jìn)一步加劇了這種異質(zhì)性的發(fā)生。值得注意的是，增溫處理還在一定程度上降低了cbbM固碳微生物的OTU數(shù)量，盡管這種差異同樣未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)上的顯著性水平。增溫處理和對照組之間的共有OTU為7257個（圖3）。

2.2" cbbM固碳微生物的群落結(jié)構(gòu)對增溫的響應(yīng)

青海湖沼澤濕地的cbbM固碳微生物在群落組成上呈現(xiàn)出多樣性，絕大多數(shù)菌群屬于變形菌門（99.96%）。在綱水平上，雖然存在13.96%的未分類菌群，但仍可觀察到幾個主要菌群的存在（圖4）。其中，γ-變形菌綱（Gammaproteobacteria）在各樣本中均表現(xiàn)出較高的相對豐度，介于48.62%至54.70%之間。酸硫桿菌綱（Acidithiobacillia）和β-變形菌綱（Betaproteobacteria）也是重要的組成部分，其相對豐度分別為15.11%～19.24%和9.81%～14.84%。相比之下，α-變形菌綱（Alphaproteobacteria）的豐度相對較低，為2.96%～5.44%。在屬水平上，相對豐度大于1%的菌群共有11個（圖5）。其中，發(fā)硫菌屬（Thiothrix）是最具優(yōu)勢的菌群，其在不同分組中的占比分別為18.14%（Bck）和24.13%（BW）。緊隨其后的酸硫桿菌屬（Acidithiobacillus），其豐度與綱水平上的酸硫桿菌綱相當(dāng)，為15.12%～19.24%。此外，硫網(wǎng)菌屬（Thiodictyon）、玫瑰桿菌屬（Rhodoferax）、極地單胞菌屬（Polaromonas）和閃桿菌屬（Lamprobacter）等也是重要的屬水平菌群，它們的豐度分別為9.13%～22.15%，2.58%～5.90%，2.96%～5.76%和3.32%～4.87%。

為了探究沼澤濕地中在增溫條件下cbbM固碳微生物的差異菌群，我們采用了LEfSe方法進(jìn)行了差異判別分析（圖6）。分析結(jié)果顯示，有9個菌群在統(tǒng)計學(xué)上呈現(xiàn)出顯著差異（Plt;0.05），這些菌群包括2個目、2個科和5個屬（圖6）。在這些菌群中，胭脂藻目（Hildenbrandiales）、胭脂藻科（Hildenbrandiaceae）、胭脂藻屬（Hildenbrandia）、海生桿菌屬（Thalassobius）在自然對照組占據(jù)優(yōu)勢地位。而在增溫處理下，發(fā)硫菌科（Thiotrichaceae）、發(fā)硫菌目（Thiotrichales）、黑螺菌屬（Phaeospirillum）、閃桿菌屬（Lamprobacter）以及發(fā)硫菌屬（Thiothrix）表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。這些菌群可作為區(qū)分不同處理組的生物標(biāo)志物，為理解增溫對沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)中cbbM固碳微生物的影響提供了新的視角。

2.3" cbbM固碳微生物的主要功能類群及其對增溫的響應(yīng)

為了深入探究青海湖沼澤濕地中cbbM固碳微生物群落的功能，我們利用FAPROTAX功能預(yù)測方法，發(fā)現(xiàn)該群落包含41個功能基團(tuán)。這些基團(tuán)中，硫化物暗氧化（Dark oxidation of sulfur compounds，13.71%）、光營養(yǎng)（Phototrophy，9.24%）、無氧光能自養(yǎng)（Anoxygenic photoautotrophy，7.76%）、光能自養(yǎng)（Photoautotrophy，7.76%）、硫氧化無氧光能自養(yǎng)（Anoxygenic photoautotrophy S oxidizing，7.76%）、暗硫化物氧化（Dark sulfide oxidation，7.30%）、暗硫氧化（Dark sulfur oxidation，6.42%）、暗鐵氧化（Dark iron oxidation，5.75%）、化能異養(yǎng)（Chemoheterotrophy，4.15%） 和有氧化能異養(yǎng)（Aerobic chemoheterotrophy，4.14%） 為主要功能基團(tuán)（如圖7所示）。然而，統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，cbbM固碳微生物的功能基團(tuán)在不同組之間并未表現(xiàn)出顯著差異，這意味著增溫對沼澤濕地微生物功能類群的影響相對較小。

2.4" cbbM固碳微生物的群落與環(huán)境因子的相互關(guān)系分析

除了pH外，青海湖沼澤濕地的其余土壤理化性質(zhì)在增溫條件下均受到了顯著影響（圖8）。增溫不僅提高了土壤Tem，還降低了土壤Hum，TC，TN含量（Plt;0.05），而pH值則呈現(xiàn)出上升的趨勢（Pgt;0.05，圖8）。為了深入了解土壤理化性質(zhì)之間的相互關(guān)系以及它們與微生物群落主要菌群之間的聯(lián)系，我們進(jìn)一步繪制了相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)熱圖（圖9）。結(jié)果表明，土壤中的TN，TC和Hum之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），但它們與土壤Tem之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），相比之下pH值與其他環(huán)境因子之間的相關(guān)性較小（Pgt;0.05）。值得注意的是，盡管cbbM固碳微生物的Alpha多樣性對環(huán)境因子的響應(yīng)并不明顯，但其群落結(jié)構(gòu)卻受到了土壤Hum的顯著影響（Plt;0.05，圖9）。通過進(jìn)一步繪制相關(guān)性熱圖，我們發(fā)現(xiàn)紅螺菌屬（Rhodospirillum）和硫單胞菌屬（Thiomonas）與土壤Hum之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），而脫氯單胞菌屬（Dechloromonas）則與土壤pH值之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05，圖10）。這些結(jié)果為我們揭示了土壤理化性質(zhì)與微生物群落之間的相互關(guān)系，以及增溫對沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響。

3" 討論

3.1" 增溫對cbbM固碳微生物群落多樣性及土壤環(huán)境因子的影響

微生物群落的多樣性特征不僅深刻影響著群落的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性［41］，也通常被視為間接反映生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力的關(guān)鍵指標(biāo)［42］。相比于土壤微生物生物量和微生物活性，土壤微生物多樣性對溫度升高也更為敏感［43］。本研究表明，增溫對青海湖沼澤濕地cbbM固碳微生物的群落多樣性不存在顯著影響，但在一定程度上降低了固碳微生物群落的多樣性指數(shù)。這一結(jié)果可能是由于增溫顯著降低了沼澤濕地的土壤濕度和碳氮的含量，土壤含氧量增加所致。以往的研究也表明，cbbM可能更適應(yīng)地球早期的條件，在缺乏氧氣和有機(jī)物的環(huán)境下活性更高［44-45］。Yu等人［46］研究了7年實驗增溫對3個海拔高度藏北高寒草甸土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響，得出了土壤細(xì)菌群落的Chao1和Shannon指數(shù)隨著覆蓋度、土壤濕度的增加而顯著下降，并隨著土壤溫度的升高而顯著增加的結(jié)論，與本研究的結(jié)果相反。Liu等人［34］對潮間帶沉積物暗碳固定的研究發(fā)現(xiàn)，溫度可能是影響潮間帶表層沉積物化學(xué)自養(yǎng)生物活性的重要環(huán)境因素，該因素與cbbM基因豐度也顯著相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，溫度的升高可能抑制細(xì)菌的生長，從而改變微生物群落的多樣性［47-48］，在一定程度上為本研究提供了佐證。此外，研究結(jié)果顯示，增溫處理下土壤溫度顯著升高，pH對增溫的響應(yīng)并不明顯，沼澤濕地固碳微生物的群落多樣性也不受土壤環(huán)境因子的顯著影響，這與以往的大多研究的結(jié)果相異。例如Wang等人［49］對巖溶濕地固碳微生物群落特征的研究表明，固碳微生物的群落多樣性指數(shù)與溶解無機(jī)氮呈顯著負(fù)相關(guān)。Liao等人［35］研究了鹽沼濕地的固碳微生物，發(fā)現(xiàn)其群落多樣性主要與土壤有機(jī)碳、全氮含量和土壤粒徑密切相關(guān)。王哲［50］和王北辰［51］都對青藏高原固碳微生物群落進(jìn)行了研究，前者認(rèn)為土壤溫濕度和pH是固碳微生物群落多樣性最主要的影響因素，后者認(rèn)為全氮含量變化顯著影響固碳微生物的群落多樣性。然而，Wang等［36］研究了喀斯特濕地土壤生態(tài)系統(tǒng)中固碳細(xì)菌群落的豐度和多樣性，發(fā)現(xiàn)固碳微生物群落多樣性與土壤環(huán)境因子之間沒有統(tǒng)計學(xué)意義上的關(guān)系，與本研究的結(jié)果呈現(xiàn)一致性。以上結(jié)果的差異可能主要?dú)w結(jié)于土壤類型和生態(tài)系統(tǒng)的不同［52-53］。

3.2" 增溫對cbbM固碳微生物群落組成的影響

青海湖沼澤濕地的cbbM固碳微生物群落以變形菌門為主導(dǎo)，占比高達(dá)99.96%，這與以往濕地cbbM固碳微生物的研究結(jié)果吻合［36］。在綱水平上，γ-變形菌綱、酸硫桿菌綱、β-變形菌綱和α-變形菌綱是優(yōu)勢菌群。這些微生物在濕地生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)（固碳）過程中扮演著重要角色，尤其是γ-變形菌綱，通過硫氧化等過程，對碳的固定起到了關(guān)鍵作用［54］。Liu等人［34］對cbbM基因序列的分析表明，該功能基因主要與γ-變形菌綱相關(guān)。Khan［55］研究了青藏高原最近一次消冰時間序列的自養(yǎng)微生物群落多樣性和演替，結(jié)果顯示cbbM序列的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系歸屬于β-變形菌綱和γ-變形菌綱。Wang等人［36］在喀斯特濕地的研究發(fā)現(xiàn)，cbbM固碳微生物群落的綱水平菌群以β-變形菌綱的相對豐度最高，其次為γ-變形菌綱和α-變形菌綱。綱水平的優(yōu)勢菌群趨于一致，但關(guān)于cbbM固碳微生物群落的屬水平優(yōu)勢菌群，現(xiàn)有的研究結(jié)果各異。Zhang等人［56］發(fā)現(xiàn)cbbM功能基因群落主要由酸硫桿菌屬（Acidithiobacillus）、慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium） 和紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas） 組成。Wang等人［36］的研究表明，在含cbbM基因的固碳細(xì)菌群落中，鐵噬菌屬（Ferriphaselus）、鹽硫桿菌屬（Halothiobacillus）、紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas）、中華根瘤菌屬（Sinorhizobium）、硫氧化菌屬（Sulfuritalea）、硫桿菌屬（Thiobacillus）、硫鹽紅桿菌屬（Thiohalorhabdus）是優(yōu)勢菌屬。Yousuf等人［57］發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤含有cbbM基因的固碳細(xì)菌群落中紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas） 和硫桿菌屬（Thiobacillus）是優(yōu)勢菌屬。Peng等人［37］的研究認(rèn)為化學(xué)營養(yǎng)不良細(xì)菌如硫桿菌屬（Thiobacillus） 和硫氧化菌屬（Sulfuritalea） 是攜帶cbbM基因的微生物群落的主要組成部分。本研究在沼澤濕地cbbM固碳微生物群落中也檢測到了紅假單胞菌屬和硫鹽紅桿菌屬，但最主要的優(yōu)勢類群為發(fā)硫菌屬、酸硫桿菌屬和硫網(wǎng)菌屬，鹽硫桿菌屬也占據(jù)了一定的優(yōu)勢，這些微生物對環(huán)境的適應(yīng)性可能導(dǎo)致了它們在特定生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢地位［52-53］。此外，環(huán)境因素對cbbM固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的影響也不容忽視。溫度的升高可能會抑制細(xì)菌的生長，從而改變微生物群落的結(jié)構(gòu)［47-48］。增溫處理顯著升高了土壤溫度，同時也改變了9個菌群的相對豐度。其中發(fā)硫菌屬和閃桿菌屬為屬水平的優(yōu)勢菌群，它們的相對豐度在增溫處理后顯著升高，可以作為溫度升高的指示性生物。另有研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)硫細(xì)菌的生長繁殖傾向于更高的溫度［58］，目水平到屬水平的發(fā)硫細(xì)菌都對增溫響應(yīng)明顯也說明了這一點(diǎn)。此外，溫度升高降低了土壤濕度，增加了土壤含氧量，更有利于發(fā)硫菌屬的生長［59］。Mantel分析顯示，沼澤濕地cbbM固碳微生物的群落結(jié)構(gòu)主要受土壤濕度的顯著影響，這一結(jié)果強(qiáng)調(diào)了土壤水分含量在塑造微生物群落結(jié)構(gòu)中的重要性［60］。Liu等人［61］近來研究了藏北高寒草原根際微生物對降水變化的響應(yīng)，也發(fā)現(xiàn)水分變化影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。Yuan等人［42，62］研究了自養(yǎng)微生物在土壤碳固存中的重要作用，表明溫度和pH值是驅(qū)動土壤自養(yǎng)生物的關(guān)鍵因素。Lauber等人［63］認(rèn)為土壤pH值是調(diào)節(jié)整個細(xì)菌群落的關(guān)鍵驅(qū)動因素。Liu等人［64］通過高通量測序揭示了黃土高原土壤細(xì)菌群落的生物地理分布，結(jié)果顯示土壤細(xì)菌受土壤pH值的強(qiáng)烈影響，其次是土壤TP和TN。盡管土壤pH值也被認(rèn)為是影響微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一，但在本研究中，沼澤濕地土壤pH值介于8.14～8.54之間，變化范圍較窄，因此它對于整體上改變土壤cbbM固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的重要性相對較低［65］。

4" 結(jié)論

本研究基于cbbM功能基因的高通量測序結(jié)果，揭示了青海湖沼澤濕地固碳微生物群落特征對溫度升高的動態(tài)響應(yīng)機(jī)制。增溫降低了cbbM固碳微生物的Alpha多樣性，同時降低了土壤濕度和全碳全氮含量。發(fā)硫菌屬和閃桿菌屬的相對豐度在增溫處理后顯著升高，可作為指示性生物。cbbM固碳微生物的Alpha多樣性不受環(huán)境因子的顯著影響，固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的最重要影響因素為土壤濕度。沼澤濕地的土壤固碳過程受增溫調(diào)控，改變了環(huán)境因子，進(jìn)而影響了cbbM固碳微生物群落的分布特征。

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