[发明专利]环境变化下有机碳和微生物耦合关系的定量方法

说明书

本发明公开了环境变化下有机碳和微生物耦合关系的定量方法，基于移动窗口法划分全球变化因子为连续窗口，在每个窗口中通过统计模型分析建立有机碳分子组成和微生物群落组成间的相互作用二分网络，在整个网络（生态系统）水平上计算网络拓扑结构指标，定量有机碳与微生物组成间相互作用；结合零模型计算标准分数，对有机碳‑微生物间相互作用的定量进行标准化；直观描述有机碳‑微生物耦合关系沿环境变化梯度的响应特征。本发明的方法可准确获取不同生态系统和环境变化梯度条件下有机碳‑微生物相互作用网络结构特征的定量比较，发展和阐明全球变化背景下有机碳‑微生物相互作用特征的定量及响应机制。

技术领域

本发明属于微生物生态技术领域，具体涉及环境变化下有机碳和微生物耦合关系的定量方法。

背景技术

全球变化背景下有机碳与微生物的耦合关系及其环境响应机理等基础科学问题是全球变化研究的热点领域。认识环境因子的影响规律及机制能更好地预测未来全球背景下生态系统群落和功能的响应特征。目前，关于群落-功能耦合关系沿环境梯度的变化研究多关注在离散的环境梯度，而对于实测的连续环境梯度无法实现对两者耦合关系沿环境因子梯度变化过程的分析。此外，环境中有机碳分子与微生物物种之间存在十分复杂的利用与被利用的关系，目前还缺乏相关方法从生态系统水平来定量有机碳-微生物之间的耦合关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境变化下有机碳和微生物耦合关系的定量方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种环境变化下有机碳和微生物耦合关系的定量方法，包括如下步骤：

1)采集不同生态条件下的环境样品；

2)选取步骤1)所述不同生态条件表征的全球变化因子或与其相关的全球变化因子用于定量计算；

3)获取每份样品中所述全球变化因子的定量数值，并按照数值大小顺序排列，之后采用移动窗口法将顺序排列的数值划分为一系列连续的窗口；

4)在每个窗口中通过相关分析建立有机碳分子组成和微生物群落组成之间的相互作用网络；

5)基于相互作用网络计算二分网络拓扑结构指标，定量有机碳与微生物组成间相互作用，并结合零模型计算标准分数，对有机碳-微生物间相互作用的定量进行标准化；

6)统计分析标准化定量有机碳-微生物间相互作用网络指标沿环境变化梯度的响应特征。

作为一种优选的实施方式，所述的不同生态条件的环境样品为自然环境样品或置于不同生态条件下培养后的环境样品。所述环境样品在已经包含明确全球变化因子的定量梯度时，可无需不同生态条件下培养处理。

作为一种优选的实施方式，所述用于计算的全球变化因子为温度和营养盐浓度，或两者共同产生的效应变量。全球变化因子还可包括改变生态系统或环境的任何环境变化因子，比如有机污染物排放、微塑料输入、重金属污染等。

作为一种优选的实施方式，所述温度和营养盐浓度两者共同产生的效应变量包括代表初级生产力的变量。

作为一种优选的实施方式，所述有机碳分子组成和微生物群落组成数据通过高分辨质谱技术和高通量测序技术获得。

作为一种优选的实施方式，所述有机碳分子和微生物群落组成间的相互作用网络基于SparCC或Spearman相关分析建立。

作为一种优选的实施方式，基于整体相互作用网络计算二分网络拓扑结构指标，或根据相关系数的正负划分为负相关网络和正相关网络，分别计算二分网络拓扑结构指标。

作为一种优选的实施方式，所述二分网络拓扑结构指标选用连通性和特异性，其表达式如下：