群落间的相互作用可塑造群落功能是微生物生态的一个特点。微生物在感染人类，尤其是人类的慢性创面时，微生物群落间相互作用可能导致人类患更严重的疾病。金黄色葡萄球菌是人类慢性创面感染中最常见的微生物，与在同一伤口中出现的铜绿假单胞菌具有合作和竞争关系，但目前这种关系仅在体外研究中被证实。该研究在小鼠慢性溃疡创面中描述了金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的相互影响，两者在创面中以较高的细菌密度共存，并在高分辨率成像下呈斑块状分布，占伤口体积的5%~25%。进一步地，研究者们在毫米和微米2个尺度上观察了创面中细菌群落形成的空间结构，结果显示该结构很大程度上是由铜绿假单胞菌产生的抗菌剂2?庚基?4?羟基喹啉N?氧化物介导的，而铜绿假单胞菌产生的另一种抗菌剂绿脓素则对该结构的形成没有影响。另外，这种细菌群落的精确空间结构可以增强金黄色葡萄球菌对氨基糖苷类抗生素的耐受性，但不会增强其对万古霉素的耐受性。该研究结果为金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌共感染创面的生物地理学提供了机制上的解释，并暗示细菌群落的精确空间结构可能是创面感染中抗菌药物耐受性的关键决定因素。

性状(Trait)或功能性状(Functional trait)是植物、动物和微生物等对外界环境长期适应和进化后所呈现出来的可量度的特征,也是人们认识自然、利用或改造自然的重要途径和技术手段.近几十年来,科学家对植物、动物和微生物功能性状的研究取得了令人瞩目的成就,尤其在物种水平的植物叶片和根性状的研究领域;然而,自然生态系统是复杂的,植物、动物和微生物自身的多种性状间及其不同生物间性状的相互作用是广泛存在的,因此需要跨学科、系统性、集成式地调查和研究.以中国东部南北样带(NSTEC)森林生态系统为对象开展了植物、微生物和土壤性状的综合测定;基于其核心的研究结论并适当整合NSTEC前期的相关研究成果,希望能给性状研究提供新的调查模式和分析思路.沿NSTEC从热带雨林到寒温带针叶林3700km样带选取了9个地带性森林生态系统,在群落结构调查基础上对群落内所有植物种类(总计1177物种)开展了系统性的性状测定(叶-枝-千-根多元素含量,叶片形态性状-气孔性状-解剖性状-叶绿素含量-多元素含量-非结构性碳水化合物、细根形态性状-解剖性状-多元素含量等),测定了土壤微生物群落结构、酶活性、土壤有机质结构与组成、土壤碳氮周转及其温度敏感性等参数.基于上述数据,不仅按传统途径系统性地探讨了植物、微生物和土壤多种性状的纬度变异规律与影响因素;还从不同角度探讨了“如何科学地将器官水平测定性状推导至天然森林群落水平”科学难题,并从多个性状角度建立了自然森林生态系统中性状与功能的定量关系.在此基础上提出“性状网络”和“生态系统性状”概念,以其更好地用于揭示自然界复杂的森林生态系统,为验证和发展生态学理论、探讨多种性状间协同(权衡)的生态系统生产力优化机制提供重要的数据支撑.希望通过解决性状尺度拓展的技术难题,未来将传统性状研究拓展至群落或生态系统水平,并与高速发展的宏观观测手段(遥感观测、通量观测、模型模拟)有机结合,使性状研究更好地服务于区域乃至全球性的生态环境问题.

淡水湖泊湿地生态系统中,微生物在生物地球化学循环和能量流动方面具有重要作用,是湿地行使其生态功能的重要参与者.以我国五大淡水湖泊湿地为研究对象,基于16S rRNA基因测序数据的分析,利用距离衰减关系模型、冗余分析、Mantel检验、方差分解分析和共发生网络分析探究了土壤细菌和古菌群落构建在不同湖泊湿地之间的差异及其共现性特征.结果 发现:在地理气候因子(样点经纬度、海拔和年均降水)与土壤理化因子(pH,TOC,NH4+-N和NO3--N)的共同驱动下,五大淡水湖泊湿地细菌和古菌群落存在显著的生物地理分布特征;各湿地共有的优势类群和具有共发生网络模块化结构的微生物类群,是参与湿地生态系统中产甲烷、甲烷氧化、硫酸盐还原、硝化等一系列核心生物地球化学过程并相互依存或竞争的类群.虽然五大淡水湖泊在微生物群落组成上存在一定的生物地理学差异,但微生物群落在湿地生态系统中所发挥的功能方面联系紧密,更具整体性.

生态学既是生物学的分支学科,也是环境科学、地球系统科学的重要组成部分,其研究成果可直接服务于植物、动物、微生物的生物多样性保护、生物资源利用及生物产业管理等应用领域.生态系统概念将经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学与人文科学和社会经济学的学科交叉.在这一大融合的历史过程中,生态学在不断地汲取不同学科营养的同时,提出了许多科学概念或理论学说,并在相关科学研究中得到应用和发展,形成了以认知生态系统与资源环境及人类社会的互馈关系为核心的当代生态学及生态系统科学体系.本文从生态学思想起源与发展、生态学概念的科学内涵及其扩展等方面综合讨论了当代生态学的科学概念、基础理论及其学科体系,并尝试性地对当代生态学的科学内涵、学科范畴、学科体系进行梳理、考察和分析,提出了基础生态学及应用生态学研究的分支学科体系分类方案,期望与学界共同商榷,为完善和重构当代生态学学科体系提供参考.

了解高原泥炭沼泽湿地生态系统土壤微生物群落结构组成、多样性及空间分布特征对认识高原湿地生态特征及演化过程至关重要.利用高通量测序技术,在局域尺度上研究了四川若尔盖高原泥炭沼泽湿地土壤细菌群落结构与多样性特征.通过进一步测定土壤及植物基本理化指标,量化采样点之间的地理距离,比较了细菌群落不同成员(稀有种和丰富种)的空间周转差异,分析了土壤环境变量和空间因子对细菌群落结构的相对贡献.结果表明:若尔盖泥炭土壤细菌群落主要由绿弯菌门(Chloroflexi)(26.25％)、变形菌门(Proteobacteria)(23.21％)、厚壁菌门(Firmicutes)(10.56％)等优势物种门类组成;土壤细菌群落结构表现出较强的空间依赖关系,群落结构相似性随采样点地理距离增加而逐渐降低,细菌群落的周转速率表现为总细菌群落＞丰富种＞稀有种;Mantel检验结果显示,地上生物量与细菌群落呈极显著相关性(P＜0.01),其中,影响稀有种空间分布特征的环境因子还包括土壤硫含量、活性磷、Mn和土壤pH值;方差分解分析表明,局域尺度上的土壤因子对若尔盖高原泥炭沼泽土壤细菌群落构建的相对贡献大于空间因子,土壤异质性是影响微生物空间分布特征的关键因素.研究为开展高原湿地泥炭土壤微生物多样性调查及揭示微生物群落构建机制提供了重要参考.

土壤蕴含极为丰富的微生物多样性,它们在物质分解、元素生物地球化学循环、植物生产力和生物健康中扮演着关键角色.理解土壤微生物的生物地理分布格局、形成机制与群落构建规则,有助于预测在全球变化背景下土壤微生物组的功能演变及其对陆地生态系统的调控影响.自21世纪以来,土壤微生物生物地理学在各种大型国际微生物计划的推动下逐步形成了分子生物学技术耦合大数据分析的模式,实现了多种尺度上的关联研究.阐述了土壤微生物在分布格局和群落构建规则方面的研究进展,重点介绍了分子生物学技术和大数据分析在土壤微生物生物地理研究中的应用,对土壤微生物生物地理学未来在微生物分类分辨率、模型验证与构建和功能基因地理学的发展方向进行了展望.

土壤微生物群落结构沿海拔梯度的变异是微生物生物地理学分异和群落空间分布的重要内容,然而,热带森林土壤微生物多样性及其群落特征的海拔模式尚不明确.研究海南省尖峰岭自然保护区0-20cm和20-40cm 土壤细菌多样性和群落组成沿海拔梯度(400-1410m)的变化及其与环境因子的关系.结果表明:在0-20cm 土壤微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷随海拔升高(峰顶降低)而增加,20-40cm 土壤微生物生物量碳、生物量氮和生物量磷随海拔升高呈先升高后降低趋势;整体上,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门在0-20cm中占优势,丰度总和占该层细菌总量的88.17％;变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、绿弯菌门在20-40cm中占优势,丰度总和占该层细菌总量的90.82％;随海拔增加,0-20cm细菌多样性线性减少,20-40cm细菌多样性变化不显著;沿海拔梯度,0-20cm细菌群落组成可分为低(409-1018m),中(1018-1357m)和高(1410m)三个海拔聚集群落,20-40cm细菌群落组成随海拔无显著性变化;两土层细菌多样性与土壤pH显著正相关,土壤细菌群落组成在0-20cm主要受年均温度和pH影响,20-40cm受年均温度和土壤有机碳影响;根据Bray-Curtis指数,0-20cm和20-40cm 土壤细菌相似性随地理距离的增加逐渐降低,细菌群落相似性随环境距离的增大也逐渐降低.总之,尖峰岭土壤细菌多样性和群落组成的海拔格局受土壤深度影响,且驱动细菌群落组成变化的因素在土层间不同,暗示在未来气候变化背景下,热带森林0-20cm和20-40cm 土壤微生物群落可能具有不同的响应机制.