氮（N）对变暖诱导的细菌和真菌多样性变化的相反影响：青藏高原的关键发现

《Environmental Microbiome》：Opposite effects of N on warming-induced changes in bacterial and fungal diversity

为探究气候变暖和氮（N）富集对细菌和真菌多样性的影响，研究人员开展实验，发现二者响应相反，为生态预测提供依据。

　　

氮（N）对变暖诱导的细菌和真菌多样性变化的相反影响研究解读

在神奇的大自然中，土壤就像一个巨大的 “微生物工厂”，里面居住着数不清的细菌和真菌。这些微生物虽然个头微小，却对生态系统的稳定和功能起着至关重要的作用。它们参与土壤碳和养分循环，就像工厂里的各种生产线，维持着生态的平衡。

然而，如今全球气候正在发生变化，气候变暖以及氮（N）富集现象日益显著。这就好比给 “微生物工厂” 带来了新的挑战，打乱了原有的生产秩序。以往的研究发现，细菌和真菌对这些变化的反应各不相同，但究竟在气候变暖和氮（N）富集同时发生的情况下，它们的多样性会如何变化，背后的机制又是什么呢？这成了困扰科学家们的难题。为了解开这个谜团，来自复旦大学、兰州大学、海南大学等研究机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Environmental Microbiome》上。

研究人员在青藏高原玛曲县的一片高山草甸，开启了一场为期 9 年的 “大工程”—— 变暖与氮（N）添加的野外实验。他们精心设置了 48 个实验小区，每个小区都像是一个小小的生态 “微缩景观”，分别进行不同程度的氮（N）添加处理和增温处理。实验结束后，研究人员采集了土壤样本，并运用了多种关键技术方法。其中，高通量测序技术就像是给微生物做 “基因身份证”，通过对细菌 16S rRNA 基因的 V3 - V4 高变区和真菌 rRNA 操纵子的第一个内转录间隔区（ITS1）进行测序，能准确地识别出土壤中各种微生物的种类和数量；结构方程模型（SEM）则像是一个 “关系探测器”，帮助研究人员梳理清楚实验处理、土壤变量和微生物多样性之间复杂的相互关系。

研究结果如下：

1. 氮（N）富集和变暖对细菌和真菌多样性的影响：通过方差分析（ANOVA），研究人员发现细菌和真菌多样性对氮（N）富集和变暖的反应截然不同。单独变暖对细菌多样性没有影响，但却使真菌多样性显著降低了 15.8%；低氮（N）添加（N1）对细菌多样性没有改变，高氮（N）添加（N2 和 N3）则显著降低细菌多样性。相反，氮（N）富集增加了真菌多样性，且氮（N）添加量越高，刺激作用越明显。当变暖与氮（N）富集同时进行时，细菌多样性下降，真菌多样性增加，并且二者的交互作用对细菌和真菌多样性的影响也不同。
2. 氮（N）富集和变暖对不同谱系和功能类群细菌和真菌多样性的影响：进一步将细菌和真菌分类研究发现，大多数微生物门的多样性变化与所属界的变化趋势一致。比如，变暖单独作用时，子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）的丰富度大幅下降；氮（N）添加和变暖共同作用下，贫营养细菌群体丰富度不变，富营养细菌群体丰富度显著增加；丛枝菌根真菌（AMF）的丰富度在氮（N）富集和变暖时显著上升，腐生真菌群体则在变暖时下降，在氮（N）富集和变暖共同作用时上升。
3. 变暖与氮（N）添加影响细菌和真菌多样性的机制：回归分析和结构方程模型（SEM）揭示，细菌和真菌多样性受不同环境驱动因素调控。土壤 pH 值降低对细菌丰富度影响最大，土壤 C/N 比则与真菌多样性呈负相关，而且施氮直接影响真菌丰富度。同时，抗生素抗性基因（ARG）相对丰度与细菌丰富度负相关，与真菌丰富度正相关。

在讨论部分，研究人员深入分析了这些结果的意义。他们发现，在温暖且氮（N）丰富的环境中，真菌在土壤碳和养分循环中可能占据主导地位。虽然按照常理，增强的土壤有机碳质量会使细菌多样性增加，但实际由于土壤酸化，细菌生长受到抑制。而且，变暖与氮（N）富集的交互作用对细菌和真菌多样性影响不同，这与土壤变量的变化有关。另外，生物间的拮抗作用也影响着细菌和真菌多样性的变化。研究还发现，氮（N）富集和变暖对不同谱系和功能类群的影响存在差异。

总的来说，这项研究揭示了细菌和真菌多样性对变暖与氮（N）富集组合的相反响应模式。这对于预测在未来温暖且氮（N）丰富的世界中，细菌和真菌在生态系统功能中的相对贡献有着重要意义。同时也强调了考虑多种全球变化因素交互作用对土壤微生物多样性影响的必要性。不过，该研究是在青藏高原开展的，在推广到其他生态系统时需要谨慎，未来还需要更多研究来确定这种响应模式及其机制在其他生态系统中的一致性。