世界范围首次！成都生物所在贡嘎山微生物海拔多样性分布格局研究中取得系统性进展

封面新闻记者 于婷

位于西南山地横断山脉的贡嘎山，是我国第三高峰，被誉为“蜀山之王”。贡嘎山是中国生物气候带垂直分布清晰、带谱多的山地，是研究土壤微生物多样性时空分布格局的理想平台。中国科学院成都生物研究所研究员李香真、副研究员李家宝团队，从2014年起在该地区持续开展了多物种微生物多样性研究，系统比较了土壤总细菌、真菌、甲烷氧化菌、固氮菌、氨氧化菌、反硝化菌和磷代谢微生物多样性的海拔分布格局，揭示了潜在驱动机制，取得一系列研究成果。

图据 成都野保

更全面获得微生物多样性信息

生物多样性保护对人类社会的生存和发展至关重要，研究生物多样性的产生和维持机制有助于预测生态系统功能的演变方向和深入挖掘未知生物资源。

土壤微生物是重要的分解者，是生态系统物质循环与能量流动的引擎，影响土壤发育和生态系统演替。土壤微生物还是重要的战略生物资源，拥有海量的物种和基因资源。研究土壤微生物多样性在不同环境的地理分布格局，具有重要的生态和现实意义。

在此前大量研究中，关于土壤微生物的海拔分布格局，不同研究的结果缺乏一个普遍的变化趋势。

此次成都生物所借助高通量测序技术和生物信息学分析，系统揭示了山地土壤微生物多样性的海拔分布格局及驱动因素。虽然不同微生物类群的海拔分布模式区别较大，但总体来说高海拔区域的微生物多样性要普遍低于低海拔。

“由于贡嘎山独特的海拔梯度特征，在该区域开展的微生物海拔多样性研究具有广泛的代表性。”据了解，这是世界范围内第一次围绕一个山地系统，同时系统监测了总细菌、真菌以及参与碳、氮和磷代谢的功能微生物，获得微生物多样性的信息更加全面，为其他微生物多样性海拔分布格局研究提供了重要参考。

贡嘎山土壤不同微生物多样性的海拔分布格局和驱动因子

细菌与真菌的海拔分布格局

沿海拔1800米到4100米的海拔梯度上，土壤总细菌α多样性随海拔升高呈现阶梯型下降模式，在2600-2800米是转折点。细菌群落结构也呈现出高、低海拔两种大的周转类型。与细菌不同，土壤总真菌的α多样性并未出现阶梯式下降的格局，而是随海拔上升呈现平缓下降的趋势，温度、降雨、植物丰富度均是真菌α多样性的重要影响因子。

甲烷氧化菌的海拔分布格局

甲烷是仅次于二氧化碳的温室气体，甲烷氧化菌是主要的功能微生物。土壤甲烷氧化菌α多样性随海拔升高总体呈现“正弦函数”分布格局。如果仅考虑森林土壤，从1800米到3600米，α多样性则呈单峰模式。土壤pH、温度和降雨是其多样性的关键影响因子。

自由固氮菌的海拔分布格局

研究人员发现，土壤自由固氮菌α多样性随海拔升高在海拔3200米到3600米之间开始下降，主要受土壤全氮和全碳驱动。确定性和随机性过程的相互作用影响着固氮菌群落结构在整个海拔梯度空间分异，确定性过程的作用大小随海拔先降低后升高，其中在中海拔地区，随机性过程对固氮菌群落结构的影响起主要作用。

反硝化细菌的分布格局

反硝化作用是硝态氮还原成氮气的微生物过程，是氮循环中的重要环节，山地土壤气态氮释放是森林生态系统氮损失的重要途径。其中亚硝酸盐转变成一氧化氮这一步是反硝化作用的关键步骤。在海拔梯度上，nirK型反硝化细菌α多样性分布随海拔升高呈现阶梯下降型，在2800米和3000米之间是转折点，而nirS型反硝化细菌呈现“正弦函数”模式分布。土壤pH和植物丰富度分别是nirK和nirS型反硝化细菌群落构建的关键影响因子。

磷循环微生物的分布格局

磷元素通常被认为是山地生态系统中生物生长的限制因子，微生物可以通过溶磷作用和有机质矿化途径补充磷元素。该团队研究发现，在峨眉冷杉生长的高海拔地区（2800米到3500米），无论是生长季（8月）还是非生长季（10月），碱性磷酸酶 （phoD）微生物的多样性呈现递减模式，在海拔3200米到3500米之间开始下降。多样性的分布模式主要受土壤pH和总磷含量的影响。