编译：木木的天空，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读
青藏高原被认为是对气候变化和人类活动，尤其是放牧最敏感的地区之一。青藏高原土壤中储存的大量有机碳强调了它在决定地球对全球变暖的反馈方面的关键作用。此外，土壤微生物在土壤有机碳循环和青藏高原草原发展中的重要性，特别是其活跃的对应物，已在多项调查中得到确认。因此，评估青藏高原土壤微生物对气候变暖和放牧的反应对于理解生态系统对全球气候变化和人类活动的反馈至关重要。在过去的几十年里，青藏高原土壤微生物对变暖和放牧的响应已经在几项研究中得到检验，然而这些研究大多只关注土壤细菌群落，很少对真菌群落进行研究。特别是，还没有关于增温和放牧对活跃的土壤真菌群落影响的调查报告。
该文章在青藏高原高寒草甸上建立了六年升温、适度放牧及其组合的野外实验。分别用MiSeq测序的内部转录间隔物(ITS)DNA和RNA测定土壤真菌的总菌群和活性菌群。通过实时PCR分析真菌的丰度和rDNA转录活性。
结果表明：
① 气候变暖显著改变了土壤真菌的群落结构，尤其是活跃种群。在变暖情况下真菌群落特征的具体变化包括增加了线粒体的比例（潜在的贫营养类别）和活跃的植物共生谱系的比例降低。
② 基于真菌功能的预测表明，气候变暖显着降低了丛枝菌根和活性腐生真菌的比例。
③ 升温还减弱了真菌种类间的相互作用，降低了活性真菌群落的Chao 1指数，增加了活性真菌群落的弥散度，并倾向于抑制真菌rDNA的转录。
④ 没有观察到放牧和升温-放牧相互作用对土壤真菌群落的显著影响。
这些结果表明，全球变暖可能会削弱土壤真菌分解有机质并促进植物养分吸收的能力，而青藏高原高寒草甸土壤真菌对适度放牧不敏感。
原名：Total and active soil fungal community profiles were significantly altered by six years of warming but not by grazing
译名：气候变暖显著改变了土壤总真菌和活性真菌的群落结构
期刊：Soil Biology andBiochemistry
IF：5.3
发表时间：2019.9
通讯作者：崔骁勇，王艳芬
近几十年来前所未有的全球变暖正在对我们的星球产生深远的影响，威胁着包括人类在内的众多生物的生命。土壤微生物在决定生态系统对全球变暖的反馈中起着关键作用，因此近几十年来已进行了广泛研究。尽管对土壤细菌群落有丰富的知识，但升温和人类活动对土壤真菌群落的影响尚未得到很好的研究。另外，虽然只有一小部分土壤微生物处于活动状态并与生态系统功能相关，但大多数研究只针对总微生物群落，直到最近才很少对活动微生物种群进行调查。因此，通过确定总的和活跃的土壤真菌群落对变暖和放牧的响应，可以显着提高我们对生态系统对全球变暖和人类活动的响应的知识。增温：气候变暖会直接改变土壤真菌群落组成，因为不同真菌种类的最佳生长温度不同。根据生态学的代谢理论，微生物的代谢通常在较温暖的环境中增强。因此，应在增温条件下刺激土壤真菌活性。然而，增强的微生物代谢可以导致碳底物的快速消耗，进而抑制微生物活性。最后，气候变暖会降低土壤湿度，影响植物群落和土壤养分状况，可能间接影响土壤真菌群落。放牧：放牧牲畜可通过去除植被，粪便沉积和践踏影响土壤真菌群落。去除植被可能会导致凋落物输入量的减少，从而降低真菌的丰度和活性。粪便沉积和践踏分别通过改变生态系统养分循环效率和夯实土壤影响土壤真菌群落。此外，放牧还可以通过提高土壤温度，改变植物物种组成，以及根分泌物的变化来影响土壤真菌。总体而言，升温和放牧都可能对总的和活跃的土壤真菌群落产生显着影响，特别是在对气候变化和人类活动高度敏感的生态系统中。内转录间隔物(ITS)是最广泛用于检测土壤真菌群落的分子标记。内部转录间隔子（ITS）是检测土壤真菌群落最广泛使用的分子标记。ITS RNA仅存在于rRNA转录前体中，通常在rRNA成熟期间会迅速降解。因此，细胞ITS RNA浓度可以代表rRNA合成的速率。由于rRNA是核糖体不可或缺的组成部分，因此其细胞浓度和生物合成速率反映了微生物的整体代谢活力。在几项研究中，基于ITS RNA的方法已被用于确定活性土壤真菌群落。因此，基于ITS DNA和RNA的组合方法可以提供对总的和活动的土壤真菌群落的系统了解。这项研究旨在利用基于ITS DNA和RNA的方法揭示变暖和放牧对总的和活跃土壤真菌群落个体的综合影响。自2006年5月以来，在青藏高原高寒草甸上进行了田间试验。我们最近在该高山草甸上进行的研究表明，六年的变暖降低了微生物呼吸，抑制了原核rDNA的转录，并增加了寡养原核生物的相对丰度。基于这些发现，我们假设六年的变暖和放牧应抑制土壤真菌rDNA的转录，并使土壤真菌群落向更贫营养和更不活跃的状态转变。本试验采用双向因子设计，小区按随机区组方式排列。每个处理4个重复，共纳入16个圆形小区。地块的直径为3米。增温实验：8个升温区使用红外加热系统的自由空气温度增强进行加热。在这些样地中，生长期的草冠层温度白天升高1.2℃，夜晚升高1.7℃，非生长期的草冠层温度白天升高1.5℃，夜晚升高2.0℃。利用红外测温仪每隔1秒测量一次冠层温度，并对加热器进行相应的调节。所有的小块地都用篱笆围起来，以避免不必要的放牧。放牧实验：2006年8月至2010年10月，该放牧区首次由青藏高原牧羊放牧，2011年11月和2012年4月采用剪草模拟冬季放牧。整体放牧强度相当于中度放牧水平。2012年8月取样土壤(深度0 ~ 10 cm)，充分均质后立即置于液氮中保存，80℃保存，直至提取核酸。尽管在几个生态系统中都观察到了升温引起的总土壤真菌群落结构的变化，但先前的研究发现三年的升温对青藏高原土壤真菌群落结构没有显着影响。在本研究中，经过6年的升温处理后，土壤真菌群落的总量和活性均发生了显著变化(图3)。我们最近的研究表明，在升温6年而不是3年的情况下，原核生物群落结构发生了显著变化。因此，青藏高原土壤中的微生物可能需要数年时间才能对气候变暖表现出明显的反应，这与多个生态系统的调查结果一致。此外，我们发现，活性真菌群落对变暖的反应显著高于总土壤真菌群落（图3）。由于细胞rRNA浓度是微生物生长潜力的代表，这些发现表明，全球变暖对总土壤真菌群落特征的影响在不久的将来可能会变得更加明显。此外，由于真菌的丰度和ITS RNA复制不受变暖的影响（图1），因此，真菌谱系比例的变化在一定程度上反映了其绝对丰度的变化。
图1 增温和放牧对土壤真菌数量和rDNA转录活性的影响2.六年的气候变暖会使土壤真菌群落向营养贫乏状态转变土壤真菌，特别是腐生植物谱系，已被认为是土壤有机质的重要分解者。在这项研究中，观察到变暖条件下活性腐生菌的相对丰度显着降低（图5n），这表明变暖可能会削弱土壤真菌矿化有机质的能力。此外，在我们最近的研究中，草屑调落物的添加显著降低了高寒草甸土壤中座囊菌纲的比例。因此，在变暖条件下，座囊菌纲相对丰度的增加(图3)表明，变暖可能会使真菌群落向更少营养的状态转变。最后，平均转录活性在变暖条件下趋于下降(图1)。总体上，与我们的假设一致，这些发现表明变暖导致土壤真菌群落的营养更少，活性更低。此外，在我们最近的研究中已经观察到在升温的土壤中微生物呼吸减少，原核rDNA转录受到抑制以及寡营养原核生物富集。这些发现表明，与短期变暖相反，较长时间的变暖可以减少土壤有机质的微生物分解，可能是通过改变微生物群落特征并抑制rDNA转录来实现的。
六年的变暖期可以通过以下方式使土壤真菌群落向营养更少、活性更弱的状态转变。1. 变暖可以减少草屑调落物对有机碳的输入，同时在变暖早期增加其分解。这些改变还会降低底物利用率，从而降低真菌活性和腐生真菌比例，增加寡养生物的相对丰度。2. 水的有效性已经被认为是塑造微生物群落，尤其是活跃种群的关键因素。实验表明，气候变暖会降低土壤水分含量，这也可以减少养分的供应并有益于贫营养微生物群落。土壤水分含量与活性真菌群落结构之间的显着相关性也支持了这一点（图3b）。3. 温度变化会导致不同微生物谱系的选择性生长。因此，变暖可能直接导致真菌群落结构的变化，这也得到了土壤温度与微生物群落结构之间显著相关性的支持（图3a和b）。
土壤真菌群落是指丛枝菌根真菌相对丰度的显著下降(图5f-m)，但这一发现与之前的研究结果不一致，之前的研究表明，丛枝菌根真菌丰度不受3~4年变暖的影响。这进一步强调了变暖持续时间对土壤微生物的显著影响。丛枝菌根真菌在促进植物养分吸收方面的关键作用已在许多研究中得到确认。因此，在增温条件下，丛枝菌根真菌比例的降低可能意味着植物养分吸收策略的改变。确实，在变暖条件下，该高寒草甸地下植物生物量有所增加。因此，在长期变暖条件下，高寒草甸植物可能更倾向于通过根系吸收养分，而不是通过共生菌根。1.温度是决定丛枝菌根真菌产孢、生长、活性和定殖的主要因素之一。因此,气候变暖可能直接诱发丛枝菌根真菌的相对丰度的变化，这也得到了土壤温度与真菌群落结构之间显着相关性的支持（图3a和b）。2.水的可用性在影响土壤丛枝菌根真菌中的关键作用已在几项研究中得到确认。因此，在变暖条件下，土壤水分含量的下降可能是导致丛枝菌根真菌比例降低的另一个关键因素。33.变暖条件下植物群落的改变也可能参与了丛枝菌根真菌比例的变化。最后，变暖情景下可用碳，氮和磷库的变化可能是导致丛枝菌根真菌改变的其他潜在驱动因素。总体而言，丛枝菌根真菌比例的降低可能是由于直接和间接变暖效应的综合作用。使用ITS来识别丛枝菌根真菌群落仍存在争议。但近年来，ITS已被越来越多地用作研究丛枝菌根真菌的一种手段。使用ITS2引物和MiSeq测序成功地检查了高粱根，根际和土壤中的丛枝菌根真菌群落。此外，数百项近期研究使用了基于ITS的测序方法和真菌群落预测来研究土壤丛枝菌根真菌和其他真菌功能基团。在完全相同的研究地点，有人使用了传统的基于18S rDNA的方法调查了土壤丛枝菌根真菌的多样性，而本研究中使用的基于ITS的方法在分析本研究点丛枝菌根真菌多样性方面明显优于之前基于18S rDNA的方法。在本研究中，基于真菌群落预测，我们观察了155个丛枝菌根真菌OTUs，而之前的研究只报道了54个丛枝菌根真菌OTUs。在科水平上，本研究中检测到的所有以前研究中观察到的丛枝菌根真菌科。在本研究中还观察到两个以前研究中未报道的额外丛枝菌根真菌家族。在大多数丛枝菌根真菌科中，本研究的OTU数量明显高于以往的研究。总的来说，尽管在选择分子标记来描述丛枝菌根真菌群落方面存在争议，但在本研究中，其引物可能比18S rDNA引物更能用于研究土壤丛枝菌根真菌。
根据生态学的代谢理论和以往的研究，在较温暖的环境中，微生物分类单元之间的相互作用应该加强。然而，在本研究中，真菌相互作用在升温条件下减弱(图4)，这突出了该理论的局限性。变暖条件下真菌相互作用减弱的一种解释可能是活性真菌群落多样性的减少(图2)。实际上，活性较低的真菌表明更多的真菌物种可能已经进入休眠状态。休眠真菌通常与其他土壤微生物的联系较少，所以休眠真菌物种的增加将不可避免地降低真菌相互作用的复杂性。此外，在变暖条件下，土壤总真菌群落的正相互作用减少，说明变暖主要减弱了真菌物种间的合作。
与我们的假设相反，本研究未观察到放牧对土壤真菌的显著影响。与我们的假设不一致的一个可能的原因是，青藏高原高寒草甸长期的放牧历史赋予了适度放牧较高的生态弹性。事实上，在青藏高原高寒草甸，多项研究表明，适度放牧对土壤微生物及其相关生态系统过程的影响很小。因此，在全球变暖的影响下，适度放牧对青藏高原土壤微生物的影响可能是微不足道的。然而，还需要进一步的研究来确定放牧对土壤微生物的影响。
1. 变暖显着增加了一些潜在的贫营养谱系微生物群落的比例，但减少了丛枝菌根和活性腐生真菌的比例。
2. 升温减弱了真菌物种间的正相互作用，降低了真菌活性群落的Chao 1指数，并倾向于抑制真菌rDNA的转录。
3. 没有观察到放牧和升温相互作用对土壤真菌群落的显著影响。
这些发现表明，全球变暖可能减弱了真菌在分解土壤有机质和促进植物养分吸收方面的作用。
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