大量的人类活动导致大气中二氧化碳升高，进而加剧全球变暖，对人类生存与社会可持续发展造成了严重威胁。农田生态系统是最活跃且固碳潜力最大的碳库之一，农田土壤中存在大量的自养微生物，可以通过固碳作用减少大气中的二氧化碳总量。但是对于气候变化影响下，农田生态系统中自养微生物的变化却鲜有报道。本文通过室外试验与室内试验相结合，利用FACE（Free Air Concentration Enrichment）圈设置了对照（CK），提高二氧化碳（CE）增温处理（WA）和提高二氧化碳和增温（CW）四个处理进行室外田间实验，然后收集田间土壤进行室内培养，利用13C稳定同位素示踪技术（SIP，Stable Isotope Probing），研究在大气CO2浓度升高及增温的情况下化能自养细菌的群落变化。通过研究发现，江苏黄泥土壤中，主要行使自养功能的细菌是氨氧化细菌（AOB）和硝化细菌（NOB）。在CK，CE和CW处理中，主要的AOB类群是Nitrosospira cluster 3；在WA中，主导的AOB优势种群变成了Nitrosomonsa cluster。NOB类群只在CK及CW处理中检测到了，在WA和CE处理中NOB类群完全消失。本实验首次探究了全球气候变化下农田生态系统自养细菌的变化，为未来应对全球气候变化提供了理论基础。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 2
引言 3
1材料与方法 5
1.1FACE圈试验概况 5
1.1.1试验地概况 5
1.1.2 FACE圈试验 5
1.1.3土壤样品采集 5
1.2土壤DNASIP微生物培养实验 5
1.3DNA提取和分层 6
1.4 miseq测序和系统发育分析 6
1.5数据处理 6
2结果与分析 7
2.1不同气候变化处理对土壤理化性质的影响 7
2.2不同气候变化处理对土壤微生物群落组成的影响 7
2.3不同气候变化处理对AOB和NOB丰度的影响 9
2.4AOB和NOB功能基因的系统发育树分析 10
3讨 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
论和结论 11
致谢 13
参考文献 14
利用稳定同位素示踪活性自养细菌群落
对大气CO2和温度升高的响应
引言
近几十年来，人类活动和化石燃料的燃烧，导致以二氧化碳为首的温室气体在大气中的浓度增加，进而加剧全球变暖，对人类生存与社会可持续发展造成了严重威胁。调查数据显示全球大气中CO2浓度已由工业化时代的约280μmol/mol增加到2005年的380μmol/mol，且仍以每年0.5％的速度递增。预计到21世纪末，大气CO2浓度将达到540958μmol/mol。IPCC第五次评估报告预测，本世纪末全球地表平均增温0.34.8℃，而目前大气中CO2、CH4和N2O等温室气体的浓度已达到过去80万年来最高水平（IPCC, 2014）。温度和CO2浓度的上升不仅对人类的生存和发展构成严重威胁，同样对其他物种的生存也存在影响，包括土壤中的微生物。微生物在土壤生态系统的物质循环和能量流动过程中扮演着重要角色，土壤微生物群落结构和功能多样性的变化被认为是表征生态系统变化的重要微生物学指标。而全球环境变化会对土壤微生物的数量、群落结构和功能造成巨大影响，进而影响土壤生态系统的稳定。
陆地生态系统碳循环是全球碳循环的核心，而农田生态系统是最活跃且固碳潜力最大的碳库之一。相关研究表明，在农田土壤中存在大量的自养细菌，这些自养细菌通过各种不同的固碳途径 (卡尔文循环、厌氧乙酰辅酶A、琥珀酰辅酶A途径等)将CO2同化为土壤有机质参与土壤的碳循环过程（Selesiet al.,2005；Tolliet al.,2005；袁红朝等，2012；Ge et al., 2012；Hart et al et al., 2013）。根据能量来源的不同，可以将这些自养细菌分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。光能自养型细菌主要为光合细菌类，体内含叶绿素，能以光能为能源、CO2为碳源，合成自身物质或维持自身代谢；而化能自养型细菌则主要包括严格化能自养型细菌和兼性化能自养型细菌，它们均以CO2作为代谢碳源，以H2、H2S、S2O32、NH4、NO2及Fe2+等还原态无机物作为能源（吴昊，2015）。但是由于农田生态系统较受到全球变化的影响，农田土壤微生物的数量、群落结构、组成和功能也因此发生变化，由此引发的一系列问题特别是土壤微生物群落对大气CO2浓度和温度变化的响应引起了科学家的广泛关注，并进行了大量相关性的研究。
首先全球变化所导致的大气CO2浓度升高不会对土壤中的微生物群落产生直接的影响，因为土壤中的CO2浓度是大气中的50倍。但是，作为植物进行光合作用的底物，CO2浓度的升高势必会对植被的光合效率产生显著影响，继而导致植被凋落物，细根死亡周转速率以及根系分泌物的质与量的改变，并由此对土壤中的微生物群落产生显著影响（肖列，2015）。Kandeler等（Kandeleret al.,2008）采用磷脂脂肪酸的方法发现CO2浓度升高导致土壤中代表真菌的PLFA增加了60%，CO2浓度升高导致土壤中N的减少，增大了C:N比，使土壤微生物群落变为真菌所主导的群落。Nguyen等（Nguyen et al., 2008）基于实时定量PCR的研究结果表明CO2浓度升高对根际微生物总细菌的16S rDNA没有显著影响，但是革兰氏阳性菌的量减少了43%。李杨（李扬等，2004）研究表明FACE处理能显著增加水稻土壤细菌的数量。Kandeler等（Kandeler et al., 2008）采用基质诱导呼吸法和氯仿熏蒸浸提法等对CO2浓度升高条件下土壤微生物总量的研究发现CO2浓度升高对土壤微生物总量没有显著影响。Rønn等（Rønnet al., 2002）用PLFA分析高浓度CO2发现对微生物群落结构无显著影响。上述研究表明，在不同的试验中，CO2浓度升高对土壤微生物数量、群落结构、组成和功能的影响不一致。
另一方面，全球变化所导致的气温上升一方面直接导致进入土壤中的有机残体和中间产物的分解加快，最终改善了土壤中微生物所利用的有机质的质量,使其数量增加；另一方面，温度升高会造成微生物呼吸的上升，加速有机物质的矿化,增加的可利用养分的有效性，使微生物活性加强，生长加快。因此部分学者认为，温度升高可能会对土壤微生物群落结构和组成产生直接影响。Rinnan等（Rinnan et al., 2009）在芬兰西北部的亚苔原地区进行13年开顶式增温试验发现，增温(1.2±0.1) ℃会导致土壤微生物群落结构和组成发生变化，而且革兰氏阴性菌(G) 的 PLFAs含量下降。杨林等（杨林等, 2016）研究发现温度升高造成土壤微生物群落结构和组成发生变化，土壤有机层和矿质土壤层的G+/G－值均呈现随温度升高而上升的趋势。Papatheodorou等（Papatheodorou and Stamou et al.,2004；Papatheodorou and Argyropoulou et al., 2004）指出,在土壤微生物所有特性中，微生物群落结构和组成对温度的响应最敏感，相比之下，小幅度的温度变化(人工增温处理)对土壤微生物量和微生物活动的影响并不明显。另外，大尺度温度变化(季节波动)对土壤微生物群落结构和组成的影响更显著。但Weedon等（T Weedon et al.,2012）在瑞典的Abisko研究站从事9年开顶式增温试验，发现土壤微生物群落结构和组成并没有发生显著变化。因此，由于温度升高的程度、土壤特性和植物类型的不同，不同增温试验，增温对土壤微生物量、群落结构和功能的影响也存在差异。

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