不同人类干扰下大洋波喜荡草根际与沉积物微生物群落变异及其生态意义

《Marine Environmental Research》：Variation in sediment and rhizosphere microbial communities of Posidonia oceanica across sites exposed to different human influences

本研究针对人类活动对海草床微生物组的影响机制，通过比较意大利托斯卡纳沿岸不同干扰梯度下大洋波喜荡草（Posidonia oceanica）根际和沉积物细菌群落，发现根际微生物群落具有稳定性且富集硫氧化菌（如Ilumatobacter fluminis），揭示植物通过调控微生物缓解环境压力的潜在机制，为海草床修复提供理论依据。

　　

在蓝色海洋的深处，海草床如同水下草原，默默守护着海岸带的生态平衡。作为典型的海洋高等植物，海草通过根系固定沉积物、为众多海洋生物提供栖息地，并参与全球碳氮循环。然而，近年来随着人类活动的加剧，海草床正面临前所未有的退化危机。在这一背景下，科学家们将目光投向了海草与微生物之间那些看不见的互动——尤其是根系周围微环境中的微生物群落如何帮助海草应对环境压力。

以往研究表明，海草能够通过释放氧气、氨基酸和有机碳等物质，主动塑造根际微生物群落。这些微生物尤其是细菌，反过来通过调控硫、氮等元素的循环，影响海草的健康状况。但一个关键问题尚未解决：当人类活动导致沉积物环境恶化时，海草是否还能维持其根际微生物群落的稳定性？为此，来自意大利比萨大学的研究团队选择地中海特有的大洋波喜荡草（Posidonia oceanica）为研究对象，沿人类干扰梯度（从利沃诺商港附近到偏远的卡普拉亚岛和厄尔巴岛）采集根际和沉积物样本，通过16S rRNA基因扩增子测序等技术，揭示了微生物群落对不同环境压力的响应规律。该研究近期发表于《Marine Environmental Research》，为海草生态系统的保护与修复提供了新的科学依据。

关键技术方法

本研究于2022年6月在意大利托斯卡纳沿岸及群岛海域的5个站点（按人类干扰强度梯度设置）采集大洋波喜荡草根际和沉积物样本。通过沉积物粒度分析、总有机碳（TOC）和碳水化合物含量测定评估环境差异；利用16S rRNA基因扩增子测序（Illumina平台）解析细菌群落结构，并结合统计学分析（如PERMANOVA）比较群落差异。

结果

沉积物理化性质的空间变异

从港口附近到偏远岛屿，沉积物粒度组成呈现明显梯度变化：港口区域以粗颗粒（500-2000 μm）为主，而岛屿站点细颗粒物质（<63 μm）比例升高。同时，岛屿站点的碳水化合物和总有机碳含量显著高于近岸站点，反映人类活动对沉积物特性的影响。

根际与沉积物微生物群落差异

无论站点如何，根际细菌群落始终与周围沉积物显著分离。沉积物中硫酸盐还原菌Desulfobulbaceae（尤其是Desulforhopalus属）相对丰度较高，可能产生有毒硫化物；而根际则富集Acidimicrobiia纲的硫氧化细菌（如Ilumatobacter fluminis），这类细菌可通过氧化硫化物减轻植物毒害。

人类干扰下的群落稳定性

尽管沉积物微生物群落随人类干扰强度增加而显著变化，根际微生物组成在不同站点间保持高度一致，表明大洋波喜荡草具有维持核心微生物组的能力。

讨论与结论

本研究揭示了大洋波喜荡草根际微生物群落在人类干扰环境中的稳定性，并发现其特异富集具有硫氧化功能的细菌类群。这一现象可能代表植物通过微生物互作缓解环境压力的适应性策略。然而，这种微生物组的稳定性是否会在持续加剧的环境压力下被打破，仍需长期观测验证。研究结果强调，在海草修复工程中维护植物-微生物互作关系至关重要，未来需进一步探究微生物组功能对海草适应气候变化的贡献。