青藏高原高寒草甸土壤甲烷氧化菌对实验增温和放牧的响应机制

气候变化和放牧干扰对我国生物多样性、生态系统安全、区域经济发展造成严重影响；青藏高原的独特地理地貌不仅对我国气候，乃至全球气候都产生很大影响，而且它也是对气候变化和放牧干扰最敏感的区域之一；因此，深入研究青藏高原高寒草甸对气候变化和放牧干扰的响应机制，寻找应对策略、减轻危害、已迫在眉睫。甲烷氧化菌以温室气体CH4为惟一碳源和能源，在减少大气CH4浓度、缓解温室效应中具有重要的功能。本项目依托中科院西北高原生物所海北高寒草甸生态系统定位站的增温与放牧实验平台，利用分子生物学技术，揭示不同处理中甲烷氧化菌的种类组成和数量变化；利用微宇宙培养实验，研究不同处理土壤甲烷氧化菌氧化CH4活性的差异。通过对不同处理中甲烷氧化菌的群落结构及其氧化CH4能力分析，阐明甲烷氧化菌对气温变化和放牧干扰的响应与碳汇调节机制，为全面揭示青藏高原高寒草甸对气候变化和放牧干扰的响应与反馈调节机制提供重要的科学依据。

全球变暖和放牧干扰对青藏高原高寒草甸生态系统生物多样性和生态功能造成严重影响。深入研究青藏高原高寒草甸土壤功能微生物对模拟增温和放牧干扰的响应机制，寻找应对策略、减轻危害、已迫在眉睫。土壤中的甲烷氧化菌能够氧化消耗温室气体CH4，在减少大气CH4浓度、缓解温室效应中发挥重要的生态功能。本项目依托中科院西北高原生物所海北高寒草甸生态系统定位站的增温与放牧实验平台，利用分子生物学技术结合微宇宙培养手段，开展了模拟大气增温与放牧条件下，高寒草甸土壤中甲烷氧化菌的群落组成、数量变化及多样性，同时研究增温和放牧对土壤甲烷氧化菌氧化CH4活性（潜能）的影响。主要取得了如下重要结果。.(1) 研究发现，青藏高原高寒草甸土壤中甲烷氧化菌数量较高，每克土壤中其pmoA基因拷贝数达到1.2-3.4×108，这比文献报道的中国南方水稻土和旱地土壤中的甲烷氧化菌数量高出一个数量级。增温处理显著增加土壤中甲烷氧化菌数量；甲烷氧化菌数量分别与土壤水分和土壤氨态氮含量显著负相关。本研究首次发现甲烷氧化菌在高寒草甸土壤中大量存在，将为全面理解、评估青藏高原高寒草甸土壤CH4的产生与释放机理、碳汇能力提供重要理论依据。.(2) 通过克隆文库研究了土壤中甲烷氧化菌的群落组成。结果表明，在总共获得的64个可操作分类单元（OTU）中，其中有63个（98.4%）归类于type I型甲烷氧化菌，而只有一个OTU属于type II型甲烷氧化菌的Methylocystis属，即高寒草甸土壤中甲烷氧化菌type I型占绝对优势；并且发现增温和放牧处理均对甲烷氧化菌的群落组成与多样性影响不显著（P > 0.05）。.(3) 微宇宙培养实验结果表明，增温或放牧处理均能显著地（P < 0.01）提高土壤氧化CH4潜力，且模拟增温和放牧处理之间存在交互作用（P = 0.000）。.. 本项目通过研究土壤甲烷氧化菌对增温和放牧干扰的响应，旨在为全面揭示青藏高原高寒草甸对气候变化和放牧干扰的响应与反馈调节机制提供重要的科学依据。