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全球气候变化主要包括大气CO2浓度升高、温度升高、近地层臭氧浓度升高、降雨量发生变化等.其中大气CO2浓度升高、温度升高是全球气候变化对农业生产和农业生态系统影响最为重要的两个生态因子,主要表现在影响农作物生长发育、影响土壤养分循环,进而影响农业生态系统的结构和功能.微生物是农业生态系统的重要组成部分,研究微生物群落对全球气候变化的响应有利于进一步揭示农业生态系统对气候变化的调控机制.植物内生菌是指定殖于植物组织内部并不对植物造成危害的微生物.植物叶表(Phylosphere)是植物地上部分与外界空气相互作用的界面,定殖于此界面的微生物称之为叶表微生物(Phylophere bacteria).据估计,全球的叶表面积达10亿平方千米,其定殖的微生物数量达到1026个细菌细胞(106cell.cm-2),植物内生菌和植物叶表微生物能够控制植物病原菌侵染和蔓延、促进植物生长并且可以作为生防菌剂,在粮食安全方面发挥了重要作用.已有的证据清楚表明大气CO2浓度将持续升高,并可能在2050年达到550 ppm左右,同时全球地表温度将持续增加,并可能在2050年增加1.5℃～ 2.0℃.然而,未来大气CO2浓度升高和全球增温下,叶表微生物和叶内微生物的响应与适应机制未见报道.本研究依托日本国立农业环境技术研究所的CO2和温度FACE平台,针对四种处理：(1)大气CO2浓度升高处理(CO2-FACE,CO2浓度增加200 ppm)；(2)土壤增温处理(Temperature-FACE,温度增加2.0℃)； (3)CO2浓度和温度升高处理(CT-FACE)；以及(4)Ambient对照处理,利用新一代454高通量测序技术深度分析了植物上部叶片和下部叶片(叶表和叶内),以及土壤微生物群落结构的变化规律.结果表明,Enterobacteriaceae是水稻叶内和叶表的的优势微生物菌群,其相对丰度达到90％. CO2-FACE、Temperature-FACE 和CT-FACE使得Enterobacteriaceae丰度降低(Temperature-FACE和CT-FACE对上叶叶表微生物的影响除外),使得低丰度微生物菌群数量增多,此规律在Low-In表现最为明显.例如,Temperature-FACE和CT-FACE分别使得Enterobacteriaceae的相对丰度从92％(Ambient)降低为36％和63％ (p＜0.05),使得Xanthomonadaceae的相对丰度从0.005％(Ambient)增加至46％和20％ (p＜0.05).土壤中的优势微生物菌群是Betaproteobacteria, Actinobacteria,Firmicutes,Alphaproteobacteria, Deltaproteobacteria,和Gammaproteobacteria,其相对丰度之和达到约70％.CO2-FACE、Temperature-FACE和CT-FACE使得土壤中的优势微生物菌群丰度从5.1％ ～ 26.2％下降至4.1％ ～ 23.2％,使低丰度微生物菌群(Bacteroidetes,Chloroflexi, Acidobacteria, Planctomycetes,Gemmatimonadetes,and Cyanobacteria)丰度从0.4％ ～ 5.1％增加至0.6％ ～ 7％.上述结果表明,大气CO2浓度升高和土壤增温改变了稻田生态系统叶内微生物群落、叶表微生物群落以及土壤微生物群落的结构,此变化与土壤养分循环(例如碳氮循环)、植物生理变化的关系有待进一步研究.