《表3 大气组成变化对草地土壤微生物群落的影响》

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《宏基因组方法揭示草地土壤微生物群落响应全球变化》

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自从工业革命以来随着化石燃料的不断增加排放，到2018年大气中的CO2浓度已经从280上升到超过400 ppm（IPCC，2014）（https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/）。由于大气CO2浓度升高（eCO2）可能在未来持续下去，因此评估其对草地生物地球化学循环和生态系统功能的影响至关重要。eCO2在很大程度上塑造了土壤微生物群落的分类组成和功能基因，进而改变了生态系统的功能（表3）。Deng等（2012）通过高通量测序技术研究证明了eCO2在门（如泉古菌、变形菌等）、纲（如柄杆菌、粘球菌等）、目等不同分类水平上可能对某些特定微生物种群产生不同的影响，其相对丰度降低或升高，这种差别可能是由于特定微生物种群对eCO2具有不同的反应造成。He等（2011）采用系统发育芯片[PhyloChip（G2）]证明了土壤微生物群落的系统发育组成和结构随着CO2浓度的升高而发生同样的变化。在半干旱草地上，Yang等（2019）利用Illumina Miseq测序和功能基因杂交技术（GeoChip 4.6）研究了14年eCO2对土壤微生物的影响，结果表明，氮固定基因nifH和氨氧化基因amoA在eCO2情况下显著降低，分别下降了12.6%和6.1%，最终抑制了微生物氮的分解，将会减缓微生物群落的生长速率。采用高通量功能基因芯片（GeoChip 3.0），Xu等（2013）针对长期（10年）暴露于eCO2的草地研究发现，微生物3个关键的碳固定功能基因丰度显著增加，包括核酮糖-1，5-二磷酸羧化/加氧酶（RubisCO）、一氧化碳脱氢酶（CODH）和丙酰辅酶A/乙酰辅酶A羧化酶（Pcc/Acc），并且部分碳降解基因和参与氮循环的nifH、nir S基因受到eCO2显著刺激。He等（2010）利用基因芯片和高通量测序技术，揭示了在eCO2条件下，参与稳定碳降解的基因丰度保持不变，而参与不稳定碳降解和碳、氮固定的基因丰度显著增加。这些变化同时增强了CO2固定、碳降解、氮固定等过程。