近地层臭氧浓度升高对水稻土中紫色光养细菌的影响

近地层臭氧浓度升高对农田生态系统带来了负面影响。利用中国臭氧-FACE试验平台，研究近地层臭氧浓度升高对水稻土中紫色光养细菌多样性及驱动的微生物过程影响。首先，优化和完善紫色光养细菌多样性研究体系；其次，采用改进的选择性培养方法和分子微生物生态学手段，如PCR-DGGE、实时荧光定量PCR和高通量基因组测序等技术，在可培养、DNA和RNA水平上研究不同臭氧浓度下，典型作物生育期根际和非根际表层土壤中紫色光养细菌多样性的演替；最后，利用稳定性同位素探针技术研究水稻土中紫色光养细菌光能异养代谢驱动的微生物食物链过程。通过本项目的研究，明确近地层臭氧浓度升高对水稻土中紫色光养细菌群多样性的影响，揭示水稻土中紫色光养细菌为基础的微生物食物链碳循环过程，期为全球气候变化对农田生态系统带来的影响提供理论基础。

基于中国FACE（Free Air Concentration Enrichment）平台，以稻田典型厌氧功能群微生物，紫色光合细菌为研究主体。首先优化了土壤紫色光养细菌培养方法，建立了固体石蜡双层平板法，结合分子生物学技术，快速、高效地分离和计数更多紫色光养细菌物种；利用稳定同位素探针技术发现紫色光养细菌在水稻土中有着重要的生态功能，利用小分子有机物化能异养生长，并驱动自下而上的微生物食物链过程；近地层臭氧浓度升高因破坏作物光合作用，减少作物向土壤中碳的输入，使得土壤微生物缺乏代谢的底物，因此紫色光合细菌的代谢能力大幅下降，由于代谢能力的降低，紫色光合细菌的生长受到了抑制，其丰度和在细菌中的占比都显著下降，群落结构在水稻开花期后发生分异；最后发现了添加生物黑炭可调控微生物活性和群落结构，有助于稻田生态系统应对未来全球气候的变化。以上研究共发表论文15篇（SCI文章12篇，中文核心文章3篇），第一作者SCI文章9篇；其中，发表在Soil Science Society of America Journal的一篇文章被选为研究亮点刊登在美国农作物科学协会（Crop Science Society of America）创办的CSA（Crops, Soils, Agronomy）news magazine的2012年2月刊上；发表在Environmental Science & Technology的一篇文章被选为主编推荐文章在网站首页刊登；发表在Soil Biology & Biochemistry的一篇文章被收录在Virtual Special Issue: Biochar中。研究成果得到国内外同行的一致认可，认为该成果从关键功能微生物群为出发点较为系统地预测了未来全球气候变化对典型农田生态系统的影响，为利用土壤微生物应对全球气候变化，以更好地为人类服务提供了理论基础和实践指导。