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本综述聚焦气候变暖背景下生物降水(bio-precipitation)机制,探讨微生物通过冰核形成(ice-nucleation)促进雨雪生成的过程,重点分析丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)的冰核特性及其在水文循环(hydrologic-cycle)中的作用,展望相关研究与专利创新方向。
微生物与雨雪形成的相关性:生物降水机制解析
全球气候系统正经历显著变化,太阳活动波动、海洋模式变迁、火山喷发、板块运动等自然因素,叠加森林砍伐、CO 及 CO2排放、土地沙漠化等人类活动,共同推动全球变暖进程。其中,人类行为对温室效应的加剧作用尤为突出,由此引发的气温上升导致水体与土壤水分蒸发加剧,干旱地区水资源短缺问题愈发严峻,进一步加剧降水失衡。降水作为地球生物圈水文循环(hydrologic-cycle)的核心环节,通过大气中凝结水汽在重力作用下以雨、毛毛雨、雨夹雪、霰、冰雹或雪等形式返回地表,为全球淡水资源补充提供关键支撑。
近年来,文献研究揭示微生物群体在降水过程中扮演不可或缺的角色,这一现象被称为生物降水(bio-precipitation)。其作用机制始于微生物在植物表面定殖,形成的菌落随后被风扩散至大气中,成为触发冰晶形成的核心。具备冰核形成(ice-nucleation)特性的微生物通过促进大气中冰晶生长,使其逐渐增大并最终融化,以雨或雪的形式降落。这一过程不仅实现降水,还伴随营养物质从云层向土壤或植被的转移,对生态系统物质循环具有重要意义。
在众多具有冰核活性的微生物中,丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)表现尤为突出,是目前已知驱动生物降水的主要冰核来源。尽管当前关于 “致雨雪微生物” 的研究文献尚有限,本综述系统梳理了生物降水的概念背景、涉及的生物过程及丁香假单胞菌等关键细菌的作用机制,旨在为后续研究方向及相关专利技术创新提供理论参考,推动学界对微生物 - 气候相互作用的深入理解,为应对气候变化及水资源管理提供新的科学视角。