【摘 要】
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以气候变暖、降水格局改变以及氮、磷沉降加剧为代表的全球变化正深刻影响着地球上各种类型的生态系统。叶际微生物组作为植物微生物组的一个重要组成部分,不仅可以促进宿主植物的生长发育、病害抵御以及环境胁迫适应性,而且在生态系统碳、氮循环中发挥着重要作用。然而,目前学术界关于全球变化对陆地生态系统的影响大多集中于地上植被和土壤微生物群落,而对叶际微生物的研究却很少。为此,本研究依托青海海北高寒草地生态系统国
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以气候变暖、降水格局改变以及氮、磷沉降加剧为代表的全球变化正深刻影响着地球上各种类型的生态系统。叶际微生物组作为植物微生物组的一个重要组成部分,不仅可以促进宿主植物的生长发育、病害抵御以及环境胁迫适应性,而且在生态系统碳、氮循环中发挥着重要作用。然而,目前学术界关于全球变化对陆地生态系统的影响大多集中于地上植被和土壤微生物群落,而对叶际微生物的研究却很少。为此,本研究依托青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站的增温控水实验平台和养分添加长期实验平台,利用16S r RNA扩增子测序技术探究了增温、降水变化和施肥等对高寒草甸叶际细菌群落多样性和组成、共现网络、群落功能以及群落构建过程的影响。结果表明,叶际细菌群落结构主要由宿主种类决定,增温、降水变化以及施肥等环境因素的影响较小。其中,增温对群落结构的影响大于降水变化。在植物群落水平上,增温、降水变化以及施肥均对叶际细菌群落的多样性和丰富度没有显著影响,但对细菌群落组成有一定的影响。在增温条件下,变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度显著下降,而放线菌门(Actinobacteria)和异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)的相对丰度显著升高。增温导致鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和甲基杆菌属(Methylobacterium)这两个对植物有益的优势属的相对丰度显著降低,而一些被归为潜在的人类或植物致病菌的属如Rathayibacter、Burkholderia、Roseomonas等的相对丰度显著升高。这表明增温可能会增加植物或人类病原体在高寒草甸生态系统中的潜在传播风险。对增温、降水变化和施肥等处理下叶际细菌共现网络的研究表明,增温降低了叶际细菌网络结构的复杂性,而降水变化没有改变叶际细菌网络的复杂性和稳定性。与对照相比,各施肥处理均增加了叶际细菌网络的复杂性,而除N2(50kg ha-1a-1)外,其他施肥处理均降低了叶际细菌网络的稳定性。青藏高原高寒草甸叶际细菌群落构建主要由扩散限制和同质选择这两个生态过程主导,但扩散限制的随机性过程占主导地位。降水变化以及低施氮量(25 kg ha-1a-1)对叶际细菌群落构建过程没有显著影响,但增温和高浓度氮添加(>25 kg ha-1a-1)、磷添加(50 kg ha-1a-1)以及氮磷添加(100 kg N+50 kg P ha-1a-1)均显著降低了扩散限制在群落构建过程中的相对重要性,而显著增加了同质选择的相对重要性。以上研究结果为气候变暖、降水变化以及氮、磷沉降等全球变化因子对高寒草甸叶际细菌群落的影响提供了直接证据,有助于更好地理解全球变化下植物与叶际微生物的相互作用,以及为未来充分利用和发挥叶际微生物的功能来促进作物生产和健康提供了重要信息。
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