青藏高原横断山区植被主导的古菌与原生生物群落海拔分布格局及其生态功能

这篇研究揭示了青藏高原东南部高山森林生态系统中，植被类型对土壤古菌（archaea）和原生生物（protist）群落构建的主导作用。通过沿海拔梯度（elevational gradients）的系统调查，发现原生生物α多样性呈单峰分布，而古菌呈U型分布；β多样性分析显示两类微生物群落与生态系统多功能性（EMF）显著正相关（R2=0.67-0.69）。研究强调了植被通过调控微环境选择特定功能类群（如氨氧化古菌Nitrososphaerales和异养型Gagatemarchaeaceae），进而驱动土壤养分循环和碳氮转化的关键机制。

　　

1 引言

青藏高原横断山脉作为全球生物多样性热点和气候敏感区，其高山森林生态系统通过调节碳氮水循环维持生态功能。尽管土壤细菌和真菌的海拔分布已有研究，古菌和原生生物的群落构建及其与EMF的关系仍不明确。本研究在海拔1707-4312米的三个典型山区（白马、梅里、哈巴）展开调查，揭示植被-气候-土壤交互作用下微生物群落的适应策略。

2 材料与方法

2.1 研究区域与采样
沿海拔梯度设置样方（灌丛带至林线交错带），采集0-15 cm土壤样品93份，记录植被类型（灌丛Shrub、阔叶林PineF、冷杉林FabriF等）及环境参数。

2.3 DNA测序与生物信息学
通过扩增古菌16S rRNA和原生生物18S rRNA基因（引物Arch519F/915R和FW-TAReuk454FWD1/REV3），使用Illumina NovaSeq平台测序，经DADA2去噪后获得2381个古菌ASV和16612个原生生物ASV。

3 结果

3.1 α/β多样性格局
原生生物与植物α多样性均呈单峰分布，峰值出现在中海拔（~3000米），而古菌呈U型（低/高海拔多样性高）。β多样性分析显示，植被类型解释古菌（22.51%）和原生生物（19.74%）群落变异的最高比例，显著高于气候（10.28-11.34%）和土壤因子（12.63-16.17%）。

3.2 群落组成演变
古菌优势类群从低海拔的氨氧化Nitrososphaerales（>90%）转变为高海拔的异养型Gagatemarchaeaceae（>80%）；原生生物中光能自养型（Chlorophyta）减少，寄生型（Apicomplexa）增加，与植被从灌丛到针叶林的演替同步。

3.3 生态过程驱动
中海拔群落构建以随机过程为主（NST>0.5），而低/高海拔确定性过程增强，反映干热河谷和林线环境的强选择压力。

3.4 与EMF的关联
EMF指数在冷杉林达到峰值，与微生物β多样性显著相关（R²=0.67-0.69），但无关α多样性。结构方程模型（SEM）显示，海拔通过调控植被和土壤性质间接影响EMF（路径系数0.63）。

4 讨论

4.1 古菌的极端适应策略
古菌U型分布反映其嗜极特性——低海拔Nitrososphaerales主导氨氧化，高海拔酸性环境选择Gagatemarchaeaceae参与有机质降解，导致SOC积累和NH₄⁺-N滞留。

4.2 原生生物的功能转换
吞噬型Cercozoa和Ciliophora（占比>60%）通过调控微生物食物网维持EMF，其伪足运动和包囊形成适应环境波动，印证"微生物保险假说"。

4.3 植被的顶层作用
冠层结构（如针叶林酸化效应）和根系分泌物塑造微环境，比气候直接效应更能解释微生物分布，为高山生态系统响应气候变化提供预测框架。

5 结论

研究阐明植被过滤驱动微生物功能群沿海拔梯度更替，揭示古菌（氮转化）与原生生物（营养级联）对EMF的互补贡献，为青藏高原生态屏障功能维持提供理论依据。