温室气体排放量的增加促使全球变暖，直接和间接影响土壤和生物地球化学过程。作为地下过程的主要调节者，土壤微生物的群落组成和功能由于长期气候变化而改变。然而，这种缓慢适应忽略了分解者对突然事件（例如通过使干燥土壤重新湿润导致的营养脉冲）的响应，这对生物地球化学过程有重大影响，在气候变化情景下，关于微生物对土壤湿润响应模式仍存在知识空白。
微生物可以改变它们的增长策略以适应环境变化。微生物对干旱后水脉冲的响应取决于多种环境和生物因素。事实上降水量历史已经影响了微生物群体的进化策略，这与其基于系统发育的习性不一致。尽管如此，长期气候变化如何塑造微生物在土壤湿润后的增长策略及其系统发育结构仍然知之甚少。
微生物在系统发育上是保守的，但对气候变化的适应可能会使情况复杂化。因此，微生物的生态特性反映了系统发育限制和环境适应。然而，这些特性受系统发育和环境影响的程度仍然不确定。
针对以上问题，兰州大学凌宁教授团队在《Nature Communications》（IF=16.6）上发表题为“Elevated temperature and CO2strongly affect the growth strategies of soil bacteria”的研究论文，本研究识别了这些土壤细菌的生长策略、系统发育模式是如何受到增温和二氧化碳富集影响，同时微生物的增长策略及其系统发育模式的重塑也能够量化反应环境的变化。
方案设计&流程
1.研究地点、田间实验及土壤采样
本研究依赖于一个模拟大气CO2富集和升温的实验站点（图1a）。气候变化处理是根据代表浓度路径（RCP）情景设定的，模拟了大约30-40年后的CO2大气浓度和温度升高。作物生长期内全天候保持升高的大气CO2浓度和作物冠层空气温度。每个处理在三个具有相同基础设施的环中重复，并且环以分段排列设计（图1b）。所有环由相邻的开放田地缓冲，以避免任何处理交叉。所有地块的水稻和小麦栽培均按照当地常规管理措施进行。
2.通过添加18O水来模拟干燥土壤重新湿润后的营养脉冲
为了确定微生物生长在经过长期适应增温和CO2富集后对脉冲事件的响应差异，研究人员通过结合DNA定量稳定同位素探针（DNA-qSIP）技术进行18O水培养实验来估计活跃微生物的种群特异性增长率（图1c）。
3.细菌总拷贝及16S rRNA测序技术分析微生物菌群结构
总16S rRNA基因拷贝数使用微生物扩增子测序和qPCR定量技术V4-V5区域引物515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGG-3′）和907R（5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3′）进行量化。总共804个DNA样本（12个未分段DNA样本+72×11个分段DNA样本）用于16S rRNA扩增子测序结合使用相同引物的qPCR定量方法进行细菌总拷贝绝对定量（即515F/907R）。【16S rRNA扩增子测序和环境因子、菌群群落结果相关性分析由Genesky Biotechnologies Inc.,Shanghai,China上海天昊生物科技有限公司完成】。
4.群系生长策略的分类
研究人员在三个时间间隔比较了群系的平均增长率，并基于最大增长率的时间将其分类为快速、中间和缓慢增长策略：（1）快速响应者：物种在孵育的第1天达到最高增长率；（2）中间响应者：物种在第3天孵育时达到最高增长率；（3）缓慢响应者：物种在第6天孵育时达到最高增长率。增长率显著大于零的群系可以在每个处理中分为三种策略之一。
图1田间和室内试验设计流程图