碳酸盐岩微地貌通过微生境调控与苔藓生物结皮微生物的碳氮循环潜力相关

《BMC Microbiology》：Carbonate rock microrelief is associated with the carbon and nitrogen cycling potentials of moss biocrust microorganisms via microhabitat regulation

　　

摘要

背景

碳酸盐岩表面溶蚀微地貌的形成与当地环境因子密切相关，在维持区域生物多样性和生态过程中起着至关重要的作用，是喀斯特栖息地分异的重要指示物。然而，其形态参数与苔藓结壳微生物的碳（C）和氮（N）循环功能基因之间的定量联系尚不明确。以贵州省花江喀斯特流域五种典型微地貌（蜂窝状、溶穴、沟槽、刀状和近平面）为研究对象，本研究结合微地貌形态参数的原位监测以及光照、温度等环境因子，并采用宏基因组鸟枪法测序，系统地揭示了苔藓结壳微生物群落结构以及碳固定和氮循环功能基因的空间分异特征和驱动机制。

结果

结果表明，微地貌重塑了局部水热微环境。溶穴微地貌表现出较强的持水和保湿特性，而近平面微地貌则表现出高温和干旱逆境。多重检验校正（FDR）显示，微地貌类型并未显著改变苔藓结壳微生物的 α 多样性，但在属水平上驱动了群落结构的显著分异。微地貌深度是驱动碳固定基因变异的重要因素：溶穴微地貌促进了 accB 和 nifJ 等碳固定基因的富集，而近平面微地貌则富集了抗旱基因 fbaA 的丰度。此外，近平面和刀状微地貌分别促进了硝酸盐同化基因 nasA 和异化还原基因 nirB 的富集。随机森林和偏最小二乘结构方程模型进一步证实，微地貌的几何特征通过调节局部光照、热量和湿度的差异，塑造了微生物碳氮功能基因的格局。

结论

本研究定量表征了微地貌形态与结壳微生物功能之间的关联，为喀斯特地表生物地球化学循环和生态恢复提供了新的见解。