[發明專利]環境變化下有機碳和微生物耦合關系的定量方法

在審

• 申請號: 202110708840.3
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113555059A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 王建軍;胡盎
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B40/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明公開了環境變化下有機碳和微生物耦合關系的定量方法，基于移動窗口法劃分全球變化因子為連續窗口，在每個窗口中通過統計模型分析建立有機碳分子組成和微生物群落組成間的相互作用二分網絡，在整個網絡（生態系統）水平上計算網絡拓撲結構指標，定量有機碳與微生物組成間相互作用；結合零模型計算標準分數，對有機碳?微生物間相互作用的定量進行標準化；直觀描述有機碳?微生物耦合關系沿環境變化梯度的響應特征。本發明的方法可準確獲取不同生態系統和環境變化梯度條件下有機碳?微生物相互作用網絡結構特征的定量比較，發展和闡明全球變化背景下有機碳?微生物相互作用特征的定量及響應機制。

技術領域

本發明屬于微生物生態技術領域，具體涉及環境變化下有機碳和微生物耦合關系的定量方法。

背景技術

全球變化背景下有機碳與微生物的耦合關系及其環境響應機理等基礎科學問題是全球變化研究的熱點領域。認識環境因子的影響規律及機制能更好地預測未來全球背景下生態系統群落和功能的響應特征。目前，關于群落-功能耦合關系沿環境梯度的變化研究多關注在離散的環境梯度，而對于實測的連續環境梯度無法實現對兩者耦合關系沿環境因子梯度變化過程的分析。此外，環境中有機碳分子與微生物物種之間存在十分復雜的利用與被利用的關系，目前還缺乏相關方法從生態系統水平來定量有機碳-微生物之間的耦合關系。

發明內容

本發明的目的在于提供一種環境變化下有機碳和微生物耦合關系的定量方法。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種環境變化下有機碳和微生物耦合關系的定量方法，包括如下步驟：

1)采集不同生態條件下的環境樣品；

2)選取步驟1)所述不同生態條件表征的全球變化因子或與其相關的全球變化因子用于定量計算；

3)獲取每份樣品中所述全球變化因子的定量數值，并按照數值大小順序排列，之后采用移動窗口法將順序排列的數值劃分為一系列連續的窗口；

4)在每個窗口中通過相關分析建立有機碳分子組成和微生物群落組成之間的相互作用網絡；

5)基于相互作用網絡計算二分網絡拓撲結構指標，定量有機碳與微生物組成間相互作用，并結合零模型計算標準分數，對有機碳-微生物間相互作用的定量進行標準化；

6)統計分析標準化定量有機碳-微生物間相互作用網絡指標沿環境變化梯度的響應特征。

作為一種優選的實施方式，所述的不同生態條件的環境樣品為自然環境樣品或置于不同生態條件下培養后的環境樣品。所述環境樣品在已經包含明確全球變化因子的定量梯度時，可無需不同生態條件下培養處理。

作為一種優選的實施方式，所述用于計算的全球變化因子為溫度和營養鹽濃度，或兩者共同產生的效應變量。全球變化因子還可包括改變生態系統或環境的任何環境變化因子，比如有機污染物排放、微塑料輸入、重金屬污染等。

作為一種優選的實施方式，所述溫度和營養鹽濃度兩者共同產生的效應變量包括代表初級生產力的變量。

作為一種優選的實施方式，所述有機碳分子組成和微生物群落組成數據通過高分辨質譜技術和高通量測序技術獲得。

作為一種優選的實施方式，所述有機碳分子和微生物群落組成間的相互作用網絡基于SparCC或Spearman相關分析建立。

作為一種優選的實施方式，基于整體相互作用網絡計算二分網絡拓撲結構指標，或根據相關系數的正負劃分為負相關網絡和正相關網絡，分別計算二分網絡拓撲結構指標。

作為一種優選的實施方式，所述二分網絡拓撲結構指標選用連通性和特異性，其表達式如下：