• 研究背景

消落带 (Water-Level-Fluctuation Zones, WLFZ) 是一个关键生态系统，连接陆地和水域环境，其特征是由于自然和人为因素导致的周期性淹没和暴露。该动态区在能量交换中起关键作用，并作为防止污染进入水体的天然屏障。一个重大挑战是WLFZ内大面积空置栖息地的形成，这些栖息地容易被具有强扩散能力和高定殖率的植物迅速定殖。另一方面，WLFZ为人类干预提供了宝贵机会。目前，大量研究人员关注WLFZ周期性洪水的土壤养分和酶活性，而关于土壤养分、酶活性、微生物群落特性及其与WLFZ不同植物群落重要关联的研究较少。

近日，中国科学院成都生物研究所张林教授团队在 Microorganisms 期刊发表研究论文，以金沙江下游消落带中的4种植物群落 [Parthenium hysterophorus (P. hysterophorus)、Ziziphus mauritiana (Z. mauritiana)、Cynodon dactylon (C. dactylon)、Zea mays (Z. mays)] 为研究对象，系统探究了土壤养分和微生物群落 (尤其是细菌和真菌) 变化的特性，以及它们在四个典型植物群落中微生物稳定性的驱动作用。研究揭示了消落带四种植物群落的土壤性质与酶活性存在显著差异，其中P. hysterophorus和Z. mauritiana处理的微生物多样性、群落复杂度及特定土壤因子的调控路径均不同于C. dactylon和Z. mays处理，且细菌与真菌在群落稳定性及环境响应机制上表现出明显分化。

• 研究内容及结果

WLFZ不同植物群落下的土壤性质、酶活性及微生物OTU差异

研究发现WLFZ中四种不同植物群落的土壤性质和酶发生了显著变化，其中P. hysterophorus和Z. mauritiana的处理最终高于Z. mays和C. dactylon处理 (图1)。在细菌和真菌群体中，P. hysterophorus和Z. mauritiana 处理的OTU数量高于C. dactylon和Z. mays处理，LEfSe显示细菌生物标志物仅解释了顺序，而真菌生物标志物可以解释物种 (图2)。

图1. WLFZ不同植物群落下的土壤性质、酶活性及微生物OTU差异

图2. WLFZ不同植物群落下细菌和真菌的LEfSe分析

关键土壤因子对不同植被类型微生物稳定性与多样性的差异化驱动机制

细菌和真菌共现网络模式表明，C. dactylon和P. hysterophorus处理的细菌群落结构比Z. mauritiana和Z. mays处理更为复杂，而C. dactylon和P. hysterophorus处理的群落稳定性明显低于Z. mauritiana和Z. mays处理 (图3)。CCA结果显示，脲酶、AP、BD和ALP与四个不同菌落的细菌群落有显著相关性，BD、AN和ALP与不同菌群的真菌有显著相关 (p < 0.05) (图4)。相关分析表明，SMC和pH是显著影响四种植被类型微生物群落稳定性和多样性的关键因素，而其他土壤特性则表现出群落特异性效应。中介分析模型揭示了细菌和真菌稳定性的不同且群落特异的调控途径，表明pH是Z. mauritiana群落中主要的直接驱动因子，土壤水分在P. hysterophorus中发挥主导作用，而在C. dactylon中，细菌稳定性则间接受通过SMC变化介导的pH调节 (图4)。

图3. WLFZ (A, C) 中四种类型不同群落中细菌和真菌模式的共现网络可视化。细菌和真菌共现模式包含五种网络拓扑，如节点、边、度、模类和聚类 (B, D)。

图4. WLFZ中四种类型不同群落中土壤因子与微生物多样性及稳定性的CCA分析和中介模型分析。

• 研究总结

本研究揭示了消落带四种植物群落驱动下土壤性质、酶活性及微生物多样性的显著分化，其中P. hysterophorus和Z. mauritiana群落的微生物OTU丰富度和群落复杂度高于Z. mays和C. dactylon群落。研究进一步阐明了细菌与真菌在群落稳定性及环境响应上存在非同步机制，真菌标志物可解释至物种水平而细菌仅至目水平，进而影响了微生物共现网络稳定性。pH与土壤水分等关键因子通过群落特异性路径调控细菌和真菌的稳定性，为消落带脆弱生态系统的微生物生态管理提供了新视角。未来可通过整合植物功能型与土壤微环境因子，预测群落演替与生态功能变化。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2076-2607/14/3/604

• Microorganisms 期刊介绍

主编：Nico Jehmlich, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research, Germany

期刊主题涵盖微生物学的各个研究领域，主要发表环境、植物、食品、肠道、医药、技术等微生物相关领域的学术文章。现已被 SCIE (Web of Science)、PubMed (NLM)、Scopus 等重要数据库收录。

2024 Impact Factor：4.2

2024 CiteScore：7.7

Time to First Decision：20 Days

Acceptance to Publication：2.9 Days

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/microorganisms