🔬 最近的研究发现，随着全球气候变暖，我们脚下的土壤微生物世界也在经历着前所未有的变化。🌡️🌿 2024年10月14日发表在《PNAS》上的一项新研究，深入探讨了不对称冬季变暖对高山土壤中微生物碳利用效率和生长的影响。🧫 这项研究不仅揭示了气候变暖对土壤微生物生理过程的深远影响，还为我们理解全球碳循环提供了新的视角。让我们一起来学习这项有趣的研究吧！Li L, Xu Q C, Jiang S J, et al. Asymmetric winter warming reduces microbial carbon use efficiency and growth more than symmetric year-round warming in alpine soils [J]. PNAS, 2024, 121 (43) e2401523121.
https://doi.org/10.1073/pnas.2401523121
不对称的季节性增温趋势在陆地生态系统中明显，冬季温度上升幅度超过夏季。然而，这种不对称季节性增温对土壤微生物碳代谢和生长的影响仍了解甚少。利用 ¹⁸O 同位素标记，我们研究了十年试验性季节性增温对高山草地生态系统中微生物碳利用效率（CUE）和生长的影响。此外，采用定量稳定同位素探针技术结合 ¹⁸O-H₂O，评估了这些生态系统中特定类群的细菌生长。结果显示，全年对称性增温使微生物生长速率降低了 31%，CUE 降低了 22%。与全年对称性增温相比，不对称的冬季增温进一步使微生物生长速率降低了 27%，微生物 CUE 降低了 59%。长期增温增加了微生物碳限制，特别是在不对称的冬季增温下。长期变暖抑制了大多数细菌菌属的生长速度，而非对称冬季变暖对特定菌属的生长速度有更强的抑制作用（例如 Gp10、Actinomarinicola、 Bosea、Acidibacter、Gemmata ）。细菌的生长在系统发育上是保守的，但这种保守性在变暖条件下有所减弱，这主要是由于细菌生理状态的变化，而不是细菌物种数量和群落组成的变化。 总体而言，长期升温加剧了微生物碳限制，降低了微生物生长和碳利用效率，不对称的冬季升温影响更为显著。了解这些影响对于预测全球变暖进程中的土壤碳循环至关重要。1. 不对称冬季变暖的影响：研究首次揭示了不对称冬季变暖（即冬季温度上升比夏季更显著）对高山土壤微生物生理过程的影响，尤其是对微生物碳利用效率（CUE）和生长的影响。2. 长期变暖的生态效应：通过长达十年的季节性试验，研究了长期变暖对高山草甸生态系统中微生物CUE和生长的影响，提供了长期气候变化对土壤微生物学影响的实证数据。3. 微生物生理限制的增加：研究发现，长期变暖增加了微生物对碳的生理限制，尤其是在不对称冬季变暖条件下，这种限制更为显著。4. 细菌生长的抑制：研究显示，长期变暖抑制了大多数细菌属的生长速率，而不对称冬季变暖对特定属（如Gp10、Actinomarinicola、Bosea、Acidibacter和Gemmata）的生长抑制更为强烈。5. 细菌生长的系统发育保守性：研究还探讨了细菌生长速率的系统发育保守性，并发现在变暖条件下，这种保守性减弱，主要是由于细菌生理状态的变化而非细菌种类和群落组成的数量。
图 1. 微生物对气候变暖的新陈代谢反应。
![]()
图 3. 环境（A）、全年变暖（B）和冬季变暖（C）土壤中 EAF-¹⁸O 的分类群特异性变化。
![]()
图 4. 生长细菌类群的绝对生长率与系统发育的关系。
![]()
图 5. 生长细菌的人均增长率与种群密度之间的关系。
![]()
图 6. 与环境气候相比，全年对称或冬季不对称变暖对微生物 CUE 影响的概念图。
1. 不对称冬季变暖的显著影响：不对称冬季变暖比对称全年变暖更大幅度地降低了高山草甸土壤中微生物的生长速率和碳利用效率（CUE）。
2. 微生物碳限制的增加：长期变暖，尤其是不对称冬季变暖，增加了土壤微生物对碳的生理限制，这可能导致土壤碳储存能力下降。
3. 细菌生长和系统发育保守性的改变：长期变暖导致大多数细菌属的生长速率受到抑制，且在不同属之间存在差异性响应。
变暖条件下，细菌生长速率的系统发育保守性减弱，表明环境压力可以改变微生物的生理特征。
4. 微生物群落结构和功能的变化：长期变暖改变了微生物群落的结构和功能，特别是减少了活跃生长的细菌数量，这可能影响土壤生态系统的功能。
5. 对未来土壤碳循环的预测：研究结果强调了理解不对称冬季变暖对土壤微生物学影响的重要性，这对于预测未来土壤碳循环和全球气候变化反馈具有重要意义。
6. 未来研究方向：建议未来的研究应关注如何通过减轻营养限制来维持微生物CUE，以确保土壤功能的持续性。
