纤毛虫群落介导的温度与营养级联效应对泥炭地原核生物群落的影响机制

这篇研究通过微宇宙实验揭示了温度升高与营养输入对泥炭地微生物群落的联合效应，发现捕食性纤毛虫群落（Ciliates）通过直接消耗和间接资源调控（如促进氮循环）显著介导了原核生物（Prokaryotes）的生物量（OD600）、多样性（Shannon指数）和功能（群落呼吸速率μmol O2/min）。研究创新性地提出"生物情境（Biotic Context）"概念，强调生态互作（如捕食）与气候变化因子的协同作用对微生物碳循环（C Cycle）预测的重要性。

　　

ABSTRACT
温度与营养输入显著影响微生物群落的组成与功能，这些群落对全球碳循环具有决定性作用。研究通过合成纤毛虫群落与泥炭地原核生物的互作实验，揭示捕食者如何调节后者对环境变化的响应。结果表明，纤毛虫存在通过多重机制（如选择性捕食和营养释放）介导温度与营养对原核生物生物量和组成的效应，但群落呼吸功能表现出抗性（Resilience），凸显生物互作在气候响应中的关键角色。

INTRODUCTION
全球变暖通过提高代谢率（如Q₁₀效应）重塑生态系统，而人类活动加剧的营养输入（如氮磷富集）进一步复杂化微生物响应。纤毛虫作为原核生物的主要捕食者，其群落动态（如Blepharisma sp.的优势度）可能通过上行控制（Top-down Control）影响碳通量。研究假设：温度与营养增加会提升原核生物量，但纤毛虫捕食可能逆转该趋势；同时，捕食者可能通过促进资源利用（如溶解有机碳释放）产生正效应。

RESULTS
直接效应

• 生物量：纤毛虫存在使原核生物量平均增加15.1%（P=0.009），但效应受温度与营养交互调节：低温低营养下捕食抑制生物量（-20.6%, P=0.011），而高温高营养下促进作用最强（三阶交互P=0.008）。
• 呼吸功能：总呼吸速率仅受营养水平驱动（+38.2%, P<0.001），与单物种捕食实验不同，群落尺度下纤毛虫效应不显著（P=0.345）。

群落结构

• 多样性：高温下纤毛虫使原核生物Shannon多样性提升（+21.3%, P=0.036），但营养富集抵消该效应（交互作用-37.3%, P<0.001）。
• 组成：Bray-Curtis分析显示，纤毛虫促进高营养条件下的物种更替（PERMANOVA, F=1.97, P=0.01），其中Proteobacteria相对丰度增加而Firmicutes减少。

纤毛虫响应

• 密度：营养增加使纤毛虫密度整体提升86.5%（P=2.4×10^-5），但高温削弱该效应（交互作用-71%, P=0.01）。
• 组成：PCA显示Blepharisma sp.与Colpidium sp.主导群落（PC1=27%），营养驱动组成分化（PERMANOVA, F=2.14, P=0.021）。

结构方程模型
路径分析揭示：

1. 温度通过提升原核生物多样性（β=0.213）间接稳定其组成（β=-0.414）；
2. 纤毛虫组成变化直接驱动原核生物更替（β=0.375）；
3. 总生物量受温度负向（β=-0.51）与营养正向（β=0.50）调控，但呼吸功能仅响应营养输入（β=0.382）。

DISCUSSION
研究挑战了"温度必然加速微生物呼吸"的范式，发现功能冗余（Functional Redundancy）可能缓冲气候变化影响。纤毛虫的"救援效应"（如促进氮循环）在低营养条件下尤为显著，这为泥炭地碳储存（占全球土壤碳25-30%）的稳定性提供新机制。未来需关注：1）多营养级互作的长期动态；2）温度变率（VS均值）的影响；3）捕食-资源权衡对碳通量的调控。

MATERIALS AND METHODS
实验采用2×2×2因子设计（温度22/25°C×营养低/高×纤毛虫±），通过流式成像（FlowCam）和16S/18S测序量化群落参数，呼吸速率以μmol O₂/min为单位测定。结构方程模型（SEM）通过lavaan包拟合，验证直接/间接效应路径。