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叶圈和根圈微生物在植物生长方面发挥了重要作用。全球气候变化（如大气CO2浓度升高、温度升高）将对微生物驱动的生态过程产生重要影响。然而，目前大气CO2浓度和温度升高的研究主要集中于土壤微生物的响应与适应，叶圈和根圈微生物的响应与适应规律研究较少。由于土壤微生物数量巨大、组成复杂，全球气候变化是否会影响土壤微生物群落结构以及产生多大的影响，至今仍没有一致的结论。一般认为，叶圈和根圈的微生物群落多样性低于土壤，其对大气CO2浓度升高或土壤增温的响应可能更敏感。本研究以日本FACE和中国FACE平台为依托，采用454高通量测序技术研究了水稻叶表和叶内、根表和根内以及土壤微生物对大气CO2浓度升高和/或土壤增温的响应。主要研究结论如下: (1)建立了水稻叶圈（叶内和叶表）、根圈（根内和根表）微生物基因组总DNA的提取方法。研究结果表明，连续三次提取叶圈或根圈微生物细胞后，即可收集获得叶圈或根圈绝大多数微生物基因组DNA。 (2)以日本FACE平台为依托，采用新一代454高通量测序技术，研究了水稻叶圈和土壤微生物群落对大气CO2浓度升高(eCO2)、土壤增温(eTemp)、大气CO2浓度与土壤温度均升高(eCO2+eTemp)的响应。结果表明，≥95.6％的叶圈微生物16Sr RNA基因能够鉴定到科以上的分类水平，而对于土壤样品，只有≥57.3％的序列能被鉴定到科以上的分类水平，表明土壤微生物的多样性远高于叶片。隶属于γ-变形菌纲的肠杆菌科是日本FACE水稻叶内和叶表所共有的、且最为优势的微生物菌群，其16SrRNA基因序列数占叶圈整体微生物群落的比例高达35.8-99.7％。整体而言，水稻叶内、叶表微生物菌群对eCO2、eTemp、eCO2+eTemp的响应为:数量上占优势的微生物菌群的相对丰度降低，数量上不占优势的稀少菌群相对丰度增加（多变少，少变多）。该响应模式在下部叶片内生菌群落中表现最为明显。土壤微生物菌群的响应模式与叶圈微生物一致。 (3)以中国FACE平台为依托，研究了4种不同水稻品种叶圈、根圈微生物菌群对大气CO2浓度升高的响应。结果表明，γ-变形菌纲的Enterobacteriaceae（肠杆菌科）是水稻叶圈和根圈数量上最多的微生物菌群，其序列数占整体微生物群落的比例为30.8-94.1％。Nitrospira（硝化螺门）、TM7、Crenarchaeota（泉古菌门）和OP10只在根表出现，在根内、叶内和叶表均未检测到上述4个门，侧面说明环境条件对微生物群落具有强烈的选择作用。 (4)中国FACE中，水稻叶圈微生物对大气CO2浓度升高的响应模式因品种而异。大气CO2浓度升高下，Ⅱ优084、扬两优6号和镇籼96三种水稻品种叶内、叶表优势菌群的相对丰度进一步增加，而稀少菌群的相对丰度进一步减少（多更多，少更少）;相反，大气CO2浓度升高下，水稻品种扬稻8号叶内、叶表优势菌群的相对丰度降低，而稀少菌群的相对丰度增加，展现出与其他三种品种完全相反的响应模式。 (5)中国FACE中，水稻根圈微生物对大气CO2浓度升高的响应模式与品种和微生物定殖部位具有明显的相关性。对于镇籼96、扬稻8号和Ⅱ优084三种水稻品种，大气CO2浓度升高下，根内优势菌群的相对丰度降低，而稀少菌群的相对丰度增加（多变少，少变多）;相反，大气CO2浓度升高下，此三种品种根表优势菌群的相对丰度进一步增加，而稀少菌群的相对丰度进一步降低（多更多，少更少），响应模式与根内菌群完全相反;此外，对于水稻品种扬稻8号，其根内、根表微生物菌群的响应模式与其他三种品种不完全一致。 (6)水稻叶圈和根圈中微生物菌群的相对丰度可能是主导其对大气CO2和土壤温度升高响应模式差异的重要因素。在ambient对照处理中，日本FACE叶圈优势菌群的相对丰度≥92.1％，响应模式是优势菌群的相对丰度降低，而稀少菌群的相对丰度增加（多变少，少变多）。对于中国FACE叶表微生物，在ambient对照处理中扬稻8号的叶表优势菌群的相对丰度是94.1％，与日本FACE优势菌的相对丰度接近，其对大气CO2浓度升高的响应正好与日本FACE相同;相反，其他三种品种优势菌群在ambient对照处理中的相对丰度是70.6-75.2％，远低于与日本FACE优势菌的相对丰度，此三种品种对大气CO2浓度升高的响应模式（多更多，少更少）与日本FACE正好相反。因此，水稻叶圈和根圈不同微生物菌群的相对丰度强烈影响其对大气CO2浓度升高的响应模式。此外，响应模式还受到微生物群落组成的复杂程度以及外界环境条件（比如微生物的定殖部位）的影响。当微生物群落组成比较复杂时，菌群可能展现出两种不同的响应模式。大气CO2浓度升高和/或土壤温度升高下，微生物菌群的上述两种完全不同的响应模式揭示了微生物群落的演替规律，其生物学机制仍需深入研究。