陳 末，朱新萍，蔣靖佰倫，買迪努爾·阿不來孜，孫 濤，賈宏濤,2*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆土壤與植物生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052）

濕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積儲(chǔ)存的碳遠(yuǎn)高于任何其他生態(tài)系統(tǒng)[1]，因而引起廣泛關(guān)注。其中，高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)因植被類型較為單一而更加脆弱，其有機(jī)質(zhì)含量高且分解比較緩慢對(duì)氣候變化極為敏感，是溫室效應(yīng)的指示器[2]。土壤微生物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)功能過程的關(guān)鍵媒介[3]，在驅(qū)動(dòng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中具有重要作用[4]。

凍融是全球中高緯度和高海拔地區(qū)的常見現(xiàn)象，全球氣候變暖導(dǎo)致高寒濕地的凍融格局更加多變。相關(guān)研究證明濕地土壤微生物的生命活動(dòng)可以從非生長季持續(xù)到冬季[5-6]，但其生理活性會(huì)受凍融期內(nèi)土壤溫度[7-8]、土壤濕度[9-10]、積雪厚度[11]和土壤養(yǎng)分[12]等因子劇烈變化的影響。尤其在融凍期間，冰雪融化促使地表形成活躍層，進(jìn)一步加強(qiáng)微生物復(fù)活后的生存能力[13]。并且，微生物代謝活動(dòng)的變化，可能會(huì)潛在形成正反饋回路，改良表層土壤的解凍條件[14]。通常在這一階段，微生物群落會(huì)出現(xiàn)呼吸峰值，更多的猜測這可能是一種應(yīng)激反應(yīng)[15]。

當(dāng)前，凍融對(duì)土壤微生物的研究多基于時(shí)空尺度上微生物生物量[16-18]、土壤養(yǎng)分[19-20]、土壤溫室氣體排放通量[21]的監(jiān)測，因地域條件等因素的限制，關(guān)于高寒濕地土壤微生物群落的研究極為少見。相較于平原濕地，高寒濕地土壤微生物群落中可能含有較多的嗜冷微生物類群，對(duì)氣候變化響應(yīng)更加迅速，群落演替變化更加明顯。因此，探明凍融期高寒區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能作用的變化以及微生物的耐冷機(jī)制顯得極為重要。鑒于此，本研究以巴音布魯克高寒濕地沼澤土壤為研究對(duì)象，在野外條件下探究凍融期土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能作用的變化，同時(shí)分析微生物不同影響因子的貢獻(xiàn)率。研究結(jié)果可為高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)功能過程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，豐富高寒濕地土壤微生物生態(tài)學(xué)研究，也可為凍融期土壤微生物代謝潛能對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)機(jī)制的解析提供新思路。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)概況和樣品采集

巴音布魯克天鵝湖高寒濕地（83°40′～84°40′E，42°35′～43°00′N）位于新疆維吾爾自治區(qū)和靜縣境內(nèi)，海拔2300～3042 m，面積約為770 km2，年平均氣溫約4.6℃，年最低氣溫達(dá)-48.1℃[22]。凍融期6～7個(gè)月，歷史最大凍土深度為4.39 m，是我國氣象站記錄中的最高值[23]。濕地水分主要來源于高山冰雪融水和自然降水，被譽(yù)為中亞干旱區(qū)的空中濕島[2]。濕地沼澤區(qū)主要植被為細(xì)果苔草（Carex microglochn）、黑花苔草（Carex melanantha）、海韭菜（Triglochin maritimum）和線葉嵩草（Kobresia capillifolia），總蓋度大于80%[24]。

2018年9月，在沼澤區(qū)苔草群落內(nèi)完全隨機(jī)設(shè)置24塊重復(fù)小區(qū)（2 m×2 m），相互間隔大于3 m，去除小區(qū)內(nèi)土壤表面0～2 cm的新鮮凋落物[21]，并用1 m高的鋼質(zhì)柵欄圍護(hù)，盡量保證試驗(yàn)一致性。依據(jù)土壤溫度和土壤濕度的變化，將凍融期分為3個(gè)階段，分別為初凍期（2018年10月）、凍結(jié)期（2018年11月—2019年2月）、融凍期（2019年3月—4月）。于3個(gè)時(shí)期的典型天氣采集小區(qū)圍欄內(nèi)0～5 cm表層土壤樣品：t0（初凍期），t1=140 d（凍結(jié)期），t2=185 d（融凍期）。每次隨機(jī)選擇8個(gè)小區(qū)，小區(qū)內(nèi)采用5點(diǎn)法采集，混合均勻后裝入同一根冷存管，編號(hào)并儲(chǔ)存于液氮罐中，用于提取微生物總DNA進(jìn)行高通量測序。同位置、同方法另采集2份土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后用于土壤理化性質(zhì)測定。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 土壤理化性質(zhì)測定

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，設(shè)置兩臺(tái)15通道的自動(dòng)氣象站（U30-NRC，HOBO，USA）收集0～5 cm土壤溫度（ST）、土壤濕度（SM）。積雪厚度（SD）為每日12：00人工測量。土壤樣品研磨過篩后，采用元素分析儀（Vario El III，Elementar，Germany）測定土壤全碳（TC）和土壤全氮（TN），TC和TN的比值作為土壤碳氮比（C/N）。

1.2.2 細(xì)菌16SrDNA測序

采用微生物Marker基因高通量測序評(píng)估細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，使用MN NucleoSpin 96 Soil試劑盒/強(qiáng)力土壤DNA提取試劑盒（PowerMag?Soil DNA iso?lation Kit，MOBIO）從樣品中提取細(xì)菌總DNA。細(xì)菌16SrRNA基因的V3～V4區(qū)用普通引物對(duì)（正向引物338F，5′-ACTCCTAGGGAGGAGCA-3′擴(kuò)增；反向引物806R，5′-GGACTCHVGGGTWTTAT-3′）結(jié)合適配器序列和條形碼序列進(jìn)行擴(kuò)增。本研究所有樣品的測序和生物信息服務(wù)均在北京百邁客生物科技有限公司Illumina Hiseq 2500平臺(tái)完成。

1.3 分析方法

1.3.1 數(shù)據(jù)分析

基于R（v3.3.2）的agricolae軟件包進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)（Normal distribution and homogeneity of variance Test）及單因素方差分析（One-way ANO?VA），并在5%顯著性水平下做LSD（Least significant difference）多重比較。

1.3.2 生物信息學(xué)分析

使用FLASH（v1.2.11）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，通過Trimmomatic（v0.33）將拼接得到的序列進(jìn)行質(zhì)量過濾，借助UCHIME（v8.1）去除嵌合體，獲得高質(zhì)量Tags序列。使用USEARCH（v10.0）對(duì)OTU進(jìn)行相似度為97%的聚類，以測序所有序列數(shù)的0.005%作為閾值過濾OTU。使用RDPClassifier（v2.2）對(duì)分類群進(jìn)行分類，最小可信度估計(jì)為80%。

借助Mothur（v1.30）分析細(xì)菌群落α多樣性，通過ggpubr軟件包中Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較組間差異，并使用ggplot軟件包完成繪圖。使用ggalluvial等軟件包繪制細(xì)菌群落豐度變化沖擊圖。冗余分析（Reundancy analysis，RDA）環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌群落組成的影響，蒙特卡羅置換檢驗(yàn)（Monte Carlo permutation，n=999）測試分析結(jié)果的顯著性?；贙EGG數(shù)據(jù)庫，使用STAMP（v2.1.3）進(jìn)行細(xì)菌功能差異顯著性分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍融期土壤理化性質(zhì)的變化

依據(jù)土壤溫度、土壤濕度的變化，將凍融期分為初凍期、凍結(jié)期和融凍期（圖1）。在t0（初凍期）采樣7 d后，試驗(yàn)階段內(nèi)首次降雪。一個(gè)月后進(jìn)入凍結(jié)期，土壤濕度迅速降低至25%左右。t0（初凍期）至t1（凍結(jié)期）的大部分時(shí)間里，樣地內(nèi)土壤溫度在0℃以下，積雪厚度超過25 cm。t1（凍結(jié)期）采樣后，積雪融化，土壤溫度和土壤濕度均開始升高。最終取樣t2（融凍期），在研究區(qū)域內(nèi)所有積雪融化后一周進(jìn)行。凍融期內(nèi)，土壤TC和TN均呈先顯著下降后顯著升高的趨勢，而C/N則相反（表1）。

2.2 凍融期土壤細(xì)菌群落物種多樣性的變化

所有測序文庫的覆蓋度均在99.5%以上，絕大部分細(xì)菌的序列可以被測出。3個(gè)時(shí)期土壤細(xì)菌群落α多樣性差異顯著（圖2）。OTU數(shù)量（OTUs）在t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落中顯著減少，并在t2（融凍期）細(xì)菌群落中顯著增加（圖2a）；可觀察到的物種數(shù)目也具有相似趨勢（圖2d），且t0（初凍期）細(xì)菌群落中物種數(shù)量顯著高于t2（融凍期）。從香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)來看（圖2b和圖2c），t2（融凍期）細(xì)菌群落的物種多樣性略優(yōu)于t0（初凍期），遠(yuǎn)高于t1（凍結(jié)期）。而比較ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)可以看出，t0（初凍期）細(xì)菌群落豐富度優(yōu)于t2（融凍期），遠(yuǎn)高于t1（凍結(jié)期）（圖2e和圖2f）。

2.3 凍融期土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化

圖1 凍融期巴音布魯克高寒濕地土壤溫度、土壤濕度、積雪厚度日變化Figure 1 Daily changes of soil temperature，soil moisture and snow depth in Bayinbuluk alpine wetland during freeze-thaw period

表1 凍融期巴音布魯克高寒濕地土壤（0～5 cm）基本特征Table 1 Basic characteristics of soil（0～5 cm）in Bayinbuluk alpine wetland during freeze-thaw period

雖然細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在生物復(fù)制中具有很大差異，但總體變化趨勢顯而易見。在各個(gè)水平上，隨時(shí)間推移，優(yōu)勢菌類群演替明顯。在門水平上（圖3a），t0（初凍期）和t1（凍結(jié)期）樣品細(xì)菌群落更相似，均以Pro?teobacteria（變形菌門）為主（12.8%～45.7%），而t2（融凍期）樣品中可以看到Chloroflexi（綠彎菌門）豐度的增加。在綱一級(jí)（圖3b），3個(gè)時(shí)期均以嗜酸性變形桿菌為主。t0（初凍期）樣品中以Alphaproteobacteria（α-變形桿菌綱）豐度較高；t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）樣品中Gammaproteobacteria（γ-變形桿菌綱）豐度較高，同時(shí)，Betaproteobacteria（β-變形桿菌綱）僅存在于t0（初凍期）細(xì)菌群落中。更多的變化在目水平中可見（圖3c），例如，Anaerolineales（厭氧繩菌目）和Rhodospirillales（紅螺菌目）在t0（初凍期）細(xì)菌群落中豐度最高，而在t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中驟減；t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落中含有更多的Bacteroida?les（擬桿菌目）。在屬一級(jí)也發(fā)現(xiàn)了相同的模式（圖3d），同時(shí)各時(shí)期稀有分類群水平升高。Brevundimonas（短波單胞菌屬）是t0（初凍期）的代表，Ilumatobacter屬、Luteolibacter屬和Tabrizicola屬在t2（融凍期）中豐度較高。然而，由于檢測出更多的稀有類群，超過70%的reads不能夠被準(zhǔn)確分類到該水平。

2.4 凍融期土壤環(huán)境和養(yǎng)分對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的影響

冗余分析表明，兩個(gè)維度共同解釋了凍融期土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化（門水平）的87.29%（圖4），揭示了土壤環(huán)境對(duì)細(xì)菌群落β多樣性的影響。其中，環(huán)境因子解釋的變量為84.74%，土壤養(yǎng)分因子解釋量為73.91%，兩組變量的共同解釋量為71.36%。蒙特卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示，該排序模型在P=0.001時(shí)顯著，所有影響因子均與細(xì)菌群落分布極顯著相關(guān)。凍融期土壤環(huán)境的劇烈變化，對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生顯著影響。t0（初凍期）細(xì)菌群落主要受土壤濕度的影響較大；t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落受控于積雪厚度，經(jīng)受t0（初凍期）～t1（凍結(jié)期）階段土壤環(huán)境的選擇作用，Bacteroidetes（擬桿菌門）成為t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落的優(yōu)勢菌群；而Tenericutes（軟壁菌門）是t2（融凍期）細(xì)菌群落的特征物種。同時(shí)，土壤溫度和C、N含量在t0（初凍期）和t2（融凍期）采樣時(shí)期較為相似，與t1（凍結(jié)期）具有很大差異。

2.5 凍融期土壤細(xì)菌群落功能作用的變化

圖2 凍融期巴音布魯克高寒濕地土壤細(xì)菌群落α多樣性Figure 2 Alpha diversity of soil bacterial communities in Bayinbuluk alpine wetland during freeze-thaw period

圖3 細(xì)菌群落中門（a）、綱（b）、目（c）和屬（d）成員的結(jié)構(gòu)和相對(duì)豐度Figure 3 Structure and relative abundance of members of phylum（a），class（b），order（c）and genus（d）in bacterial community

圖4 凍融期土壤環(huán)境和養(yǎng)分對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化影響的冗余分析Figure 4 RDA analysis of effects of soil environment and nutrientson changes of bacterial community structure during freeze-thaw period

通過PICRUSt功能注釋軟件將測序所得細(xì)菌群落組成“映射”到Greengenes數(shù)據(jù)庫中，基于基因功能譜預(yù)測細(xì)菌基因組的潛在功能。3個(gè)時(shí)期，細(xì)菌群落包含的功能基因組成不同，通路類型差異顯著，表現(xiàn)出群落功能作用的多樣性和階段性。

“代謝”是最主要的通路類型（圖5a）。t0（初凍期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中包含更多氨基酸、脂類、能量和與異生素代謝相關(guān)的功能基因。而相比于t2（融凍期）細(xì)菌群落，萜類化合物和聚酮化合物的代謝功能在t0（初凍期）和t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落中更多的被表達(dá)。同時(shí)，聚糖合成與代謝相關(guān)的功能作用在t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中得到了加強(qiáng)?！胺肿有盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”是另一組通路類型，在細(xì)菌群落的功能預(yù)測中具有重要意義。相比于t0（初凍期）細(xì)菌群落，“轉(zhuǎn)錄”“翻譯”和“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”功能基因在t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中的表達(dá)更顯著（圖5b）。同時(shí)，細(xì)菌群落的“環(huán)境適應(yīng)性”“細(xì)胞活性”和“細(xì)胞生長和死亡”也是3個(gè)時(shí)期細(xì)菌群落功能顯著差異的一類通路類型（圖5c）。t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）時(shí)期，細(xì)菌群落需要更高的細(xì)胞活性來適應(yīng)凍融期的環(huán)境變化，但是仍然無法避免部分細(xì)菌類群在凍結(jié)期的消亡。

3 討論

3.1 凍融對(duì)高寒濕地土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

凍融期內(nèi)，高寒濕地土壤細(xì)菌群落的α多樣性指數(shù)變化趨勢明顯。t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落的多樣性、豐富度及均勻度遠(yuǎn)低于t0（初凍期）和t2（融凍期）。t0（初凍期）土壤細(xì)菌群落復(fù)雜而穩(wěn)定，生存環(huán)境適宜，物種數(shù)量最高。t1（凍結(jié)期）土壤溫度和土壤濕度對(duì)細(xì)菌群落具有較為強(qiáng)烈的選擇作用，大量細(xì)菌死亡，導(dǎo)致群落物種多樣性驟降。隨著t2（融凍期）的到來，土壤環(huán)境轉(zhuǎn)良，群落中優(yōu)勢菌種加速繁殖。但由于凍融期環(huán)境因子的影響貢獻(xiàn)率較大，以致于細(xì)菌群落從冰凍中恢復(fù)后，大部分細(xì)菌類群活動(dòng)表達(dá)存在潛在的時(shí)間延遲，這與我國東北沼澤土壤細(xì)菌凍融前后群落變化趨勢基本一致，差別主要表現(xiàn)在細(xì)菌類群豐度上的差異[25]，后者細(xì)菌類群中Acidobacteria（酸桿菌門）、Firmicutes（厚壁菌門）豐度較高。這些差異可能是由地域氣候、土壤養(yǎng)分及地上植被組成的不同造成的。

細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)對(duì)凍融期土壤環(huán)境變化響應(yīng)敏感。高寒濕地土壤細(xì)菌群落進(jìn)化出一系列復(fù)雜的適應(yīng)能力，以抵消低動(dòng)能環(huán)境和冰水轉(zhuǎn)化的潛在不利影響。凍融期土壤溫度、土壤濕度及積雪厚度的變化是影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素。生長活躍的細(xì)菌類群，通常受凍融的影響更為嚴(yán)重。本試驗(yàn)中，Chloro?flexi（綠彎菌門）在t1（凍結(jié)期）階段豐度驟降，Acido?bacteria（酸桿菌綱）和Betaproteobacteria（β-變形菌綱）甚至出現(xiàn)了消亡殆盡的現(xiàn)象。土壤碳氮養(yǎng)分的利用也被證明與異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量呈線性關(guān)系，而溫度和水分的有效性同樣也是影響異養(yǎng)細(xì)菌活性的重要因素[7]。短期凍融過程，C/N較低的細(xì)菌群落占比更大，部分類群仍保持較高活性，增強(qiáng)了土壤中無機(jī)氮的固持。具體的研究結(jié)果更依賴于凍融對(duì)微生物群落的影響強(qiáng)度以及微生物群落的恢復(fù)能力[26]。冗余分析結(jié)果顯示，凍融期t0（初凍期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤TC、土壤TN關(guān)系更密切，而t1（凍結(jié)期）細(xì)菌群落則相反。同時(shí)，土壤TC和土壤TN在t1（凍結(jié)期）土壤細(xì)菌群落中含量最低，這可能是在t0（初凍期）～t1（凍結(jié)期）的前期階段，細(xì)菌群落活性較高，消耗了更多的土壤氮素的結(jié)果。對(duì)凍融期東北沼澤濕地土壤細(xì)菌群落的研究，通過主坐標(biāo)分析（PCoA）同樣證實(shí)了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在凍融前后發(fā)生了明顯變化[25]，并通過冗余分析說明溫度和溶解性碳是濕地土壤細(xì)菌群落短期凍融前后發(fā)生變化的主要影響因子，綜合分析與本研究整體保持一致。總體來說，凍融期內(nèi)土壤細(xì)菌群落中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯，演替頻繁，證明了細(xì)菌群落對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)是迅速的。凍融期后，細(xì)菌群落多樣性和豐富度、均勻度均有所增加，也體現(xiàn)出不同的細(xì)菌類群在應(yīng)對(duì)凍融期環(huán)境變化時(shí)具有不同的生存策略。

3.2 凍融對(duì)高寒濕地土壤細(xì)菌群落功能的影響

為更好地理解高寒濕地土壤微生物生態(tài)學(xué)，應(yīng)將微生物群落功能與環(huán)境因子結(jié)合分析。細(xì)菌類群進(jìn)化多種生理適應(yīng)機(jī)制應(yīng)對(duì)凍融環(huán)境變化，這使得它們可以在環(huán)境脅迫下生存甚至保持活躍。細(xì)菌群落的抗寒機(jī)制主要體現(xiàn)在膜流動(dòng)性的調(diào)控、應(yīng)答因子的產(chǎn)生、冷適應(yīng)性基因的響應(yīng)等方面。細(xì)菌群落礦化分解生態(tài)系統(tǒng)中的碳氮養(yǎng)分以支持自身面對(duì)壓力的生理反應(yīng)及抗逆能力[27]。

圖5 凍融期巴音布魯克高寒濕地土壤細(xì)菌功能作用差異顯著性分析Figure 5 Significant difference analysis of soil bacterial functions in Bayinbuluk alpine wetland during freeze-thaw period

在t0（初凍期）和t2（融凍期）的土壤細(xì)菌群落中，“代謝”組功能基因通路被顯著表達(dá)。氨基酸代謝是涉及大量代謝產(chǎn)物的復(fù)雜過程，也是脂類、碳水化合物、核酸和信號(hào)分子合成的前體，在能量的生產(chǎn)中被用作底物。而細(xì)菌進(jìn)行能量代謝，完成三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化過程與土壤中碳氮養(yǎng)分保持緊密關(guān)系。脂類作為生物體維持正常生命活動(dòng)不可缺少的四大基本物質(zhì)之一，其合成代謝在能量存儲(chǔ)中起直接作用，同時(shí)因其影響細(xì)胞膜構(gòu)成而對(duì)物質(zhì)運(yùn)輸起到一定的間接作用。通過初級(jí)代謝，細(xì)菌群落可以將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)物質(zhì)、具有生理活性的物質(zhì)或?yàn)樯L提供能量。初級(jí)代謝的產(chǎn)物，都是機(jī)體生存的必備基礎(chǔ)，因此極為重要。初級(jí)代謝紊亂，可以導(dǎo)致細(xì)菌的生長障礙甚至突變或死亡。同時(shí)，在一定的生長階段會(huì)出現(xiàn)次級(jí)代謝類型，其對(duì)環(huán)境條件極為敏感。如萜類化合物、聚酮類化合物代謝等，在抗生素、激素的產(chǎn)生及抗逆性的增強(qiáng)方面具有重要意義[28]。t0（初凍期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中，Proteobacteria（變形菌門）和Chloroflexi（綠彎菌門）占比較大，遺傳多樣性極為豐富，生理代謝類型更為廣泛，且具有纖維素的降解作用。Cyanobacteria（藍(lán)藻門）作為t0（初凍期）細(xì)菌群落的代表類群，可直接固氮提高土壤肥力。Acido?bacteria（酸桿菌門）作為t0（初凍期）細(xì)菌群落的又一代表類群，在降解植物殘?bào)w多聚物方面具有重要作用。t0（初凍期）土壤環(huán)境溫和穩(wěn)定，新鮮的凋落物對(duì)細(xì)菌群落可能具有一定的刺激作用。

在t0（初凍期）～t1（凍結(jié)期）階段的后期，土壤環(huán)境的劇烈變化對(duì)細(xì)菌群落具有脅迫作用。當(dāng)細(xì)菌群落受到如碳氮養(yǎng)分匱乏、冷激或熱激過程以及滲透壓失常等脅迫時(shí)，RNA聚合酶依靠大量Rpos識(shí)別啟動(dòng)子，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，促進(jìn)生存所必需基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，這一系列的復(fù)雜過程可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯階段或者降解過程中，以及活性調(diào)節(jié)方面[29]。t1（凍結(jié)期）土壤細(xì)菌群落中含有更多的“分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”功能基因，同時(shí)，對(duì)應(yīng)著典型常見嗜冷菌類Bacteroidetes（擬桿菌門）、Firmicutes（厚壁菌門）豐度的增加。嗜冷菌tRNA轉(zhuǎn)錄后被修飾的程度較低，從而降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，細(xì)胞膜含有大量不飽和脂肪酸，防止細(xì)胞膜從液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)，保證膜具有良好柔性和流動(dòng)性[30]，這也是長時(shí)間低溫環(huán)境馴化的結(jié)果。土壤環(huán)境溫度的驟降，促使細(xì)菌相應(yīng)誘導(dǎo)表達(dá)多種冷激蛋白，從而協(xié)助低溫脅迫條件下RNA的轉(zhuǎn)錄以及DNA的復(fù)制，維持DNA和RNA二次結(jié)構(gòu)低溫下的可變性，如轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白質(zhì)折疊以及細(xì)胞膜透性調(diào)控等。

環(huán)境因子的強(qiáng)烈篩選作用，導(dǎo)致t1（凍結(jié)期）土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，部分嗜冷菌類群成為優(yōu)勢菌群。與此同時(shí)，“生存”是微生物所有功能作用的基本，在t0（初凍期）群落中表達(dá)最頻繁的是“細(xì)胞的生長和死亡”功能基因，演替是細(xì)菌群落的常態(tài)。而在t1（凍結(jié)期）和t2（融凍期）細(xì)菌群落中，更多被表達(dá)的功能基因是“環(huán)境適應(yīng)性”和“細(xì)胞活性”，以增加自身的抗寒性，適應(yīng)高寒濕地的低溫環(huán)境。

高寒濕地土壤微生物生態(tài)學(xué)一直是濕地科學(xué)研究的薄弱環(huán)節(jié)，亟需更多關(guān)注。人類對(duì)微生物活動(dòng)的了解遠(yuǎn)滯后于環(huán)境變化，更多的科學(xué)問題不斷涌現(xiàn)。微生物群落的功能組成對(duì)氣候變化的適應(yīng)機(jī)制如何？凍土區(qū)或凍融區(qū)土壤養(yǎng)分的有效性及其對(duì)微生物功能群落及酶活性的影響如何？未來應(yīng)開展增加系統(tǒng)研究，綜合運(yùn)用多種技術(shù)方法來度量微生物生理活動(dòng)，為厘清和預(yù)測未來氣候變化條件下微生物在地球化學(xué)循環(huán)過程中的功能作用提供科學(xué)信息。

4 結(jié)論

（1）凍融期對(duì)巴音布魯克高寒濕地土壤細(xì)菌群落物種多樣性產(chǎn)生較大影響。凍結(jié)期，細(xì)菌群落物種多樣性、豐富度以及均勻度均顯著降低。

（2）凍融期內(nèi)，細(xì)菌群落受土壤環(huán)境和養(yǎng)分的顯著影響，群落結(jié)構(gòu)對(duì)微生境變化響應(yīng)迅速，優(yōu)勢菌群演替過程明顯。

（3）細(xì)菌群落功能發(fā)生顯著變化，整體趨勢表現(xiàn)為：凍融期前期，通過“代謝”供能和“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”調(diào)控來增強(qiáng)群落的“環(huán)境適應(yīng)性”（抗寒性），從而維持凍結(jié)期和融凍期的“生存”及“細(xì)胞活性”。