前言
年6月，佛罗里达州立大学RachelM.Wilson教授课题组在PNAS期刊发表的题为“Soilmetabolomeresponsetowhole-ecosystemwarmingattheSpruceandPeatlandResponsesunderChangingEnvironmentsexperiment”的研究成果，通过代谢组学、蛋白组学、脂质组学研究方法，发现变暖的环境加剧了土壤有机质的降解，增加了温室气体的产生。揭示了气候变暖对生态环境的影响。
中文标题：云杉和泥炭地土壤代谢组对全生态系统变暖的响应
研究对象：生态环境
发表期刊：PNAS
影响因子：11.
发表时间：年6月14日
发表单位：佛罗里达州立大学，亚利桑那大学，乔治亚理工学院生物科学学院，橡树岭国家实验室生物科学部，施密德科技学院
运用生物技术：代谢组学、蛋白组学、脂质组学
研究背景
泥炭地中土壤有机质(OM)占全球的三分之一左右，在泥炭地沉积后，微生物介导土壤有机质分解为CO和CH。由于CH比CO2具有更大的全球变暖潜力，泥炭地对气候的净增温或净降温作用取决于初级生产者对CO2的吸收和异养呼吸对CO和CH的排放之间的平衡。气候变暖及其导致的生态系统响应，包括地下水位下降和植被群落组成、生产速率和组成的变化，影响OM分解以及CO2和CH的相对产量。泥炭地分析的许多证据表明，溶解的OM(DOM)比固体泥炭含有更重要的甲烷生成基质。因此，增加表层DOM输入量可以增加深层CH产量。可用于分解的OM的质量，也可能影响CH产生的速率和途径。环境变化下云杉和泥炭地的响应实验能够指导我们研究整个生态系统变暖开始以来介导CO2和CH产生速率的机制。
研究思路
研究结果
地球化学结果
根据溶解的CO和CH浓度和稳定同位素的结合分析发现。在所有深度中，孔隙水CO浓度随温度(受季节和温度处理控制)显著增加(P值如图1A所示)。仅在10厘米和25厘米深度，甲烷浓度随温度升高而显著增加(图1B)。然而，在使用稳定的基于同位素的模型修正了泥炭中CO和CH的差异输运后，CO:CH比值显示在25、50和75cm深度随着变暖而显著下降(图1D)。alphaC表明，产甲烷途径随温度没有显著变化(图1C)。
图1
所有季节PorewaterCO和CH浓度(A和B)、alphaC(C)和CO：CH比值(D)与每个围栏的测量温度(在泥炭表面以下50厘米)图。不同的颜色表示不同的深度。线条表示每个深度的显著回归；显著回归的r和P值显示在每个面板中。
代谢物结果
FTICR-MS结果。通过FTICR-MS分析，在所有SPRUCE处理和深度的DOM中发现了67,种独特的化合物(SI附录，图S2)。在5个及以上土壤表层(25cm深度)中鉴定出的7,种化合物中，3,种与温度呈正相关，2,种与温度负相关，2,种与温度无显著相关(0.10p+0.10；SI附录，图S2)。在此分析中，与温度负相关的化合物在高温下消失或被消耗，而与温度正相关的化合物在高温下出现或产生。随着温度升高的化合物主要是木质素和其他类酚类化合物。随着气候变暖而减少的化合物主要是碳水化合物、多肽和低O：C比的化合物。微生物相关的代谢物，如蛋白和脂类化合物，随着温度的下降而下降。碳水化合物也随着温度的升高而减少，而其他碳氢化合物则随着温度的升高而增加。
地表泥炭DOM的平均NOSC随温度的升高显著下降，与分解增强期间的预期结果一致(P=0.；图2)。DOMNOSC的下降表明，残余DOM在较高温度下比在较低温度下分解得更多。此外，简单的电子平衡表明，较低氧化态OM的分解将越来越有利于CH生成，而不是CO生成，这与作者对CO：CH比值的测量结果一致(图1)。
图2
表面FTICR-MS鉴定的化合物中的平均碳标称氧化态随着每个范围中的泥炭温度而下降（在泥炭表面以下50厘米处测量）。r和P值表示随温度的回归结果（实线±95%CI，虚线）。符号颜色表示不同的采样月份；形状表示深度。
NMR结果：NMR共检测到27个参与中心碳代谢的化合物，其中，13个浓度足以进行量化。几种化合物仅在15cm处存在，但在45和87cm处不存在（SI附录，表S6），因此作者将