摩洛哥撒哈拉沙漠四种荒漠植物的根际细菌群落结构驱动因素：植物身份与环境过滤的关键作用

《BMC Microbiology》：Plant identity and environmental filtering are the key drivers of bacterial community structure in four desert plant species from the Sahara Desert in Morocco

本研究针对荒漠生态系统植物-微生物互作机制不明的问题，通过分析摩洛哥撒哈拉沙漠四种典型植物（Lavandula coronopifolia、Lycium intricatum、Nitraria retusa和Searsia tripartita）的根际土壤理化性质与细菌群落结构，发现植物种类和地理位点共同调控微生物组成。结果表明，Pseudomonadota和Actinomycetota为优势菌门，土壤有机碳（SOC）、无机碳（SIC）及钾（K）、钙（Ca）等元素显著影响特定植物的微生物网络复杂性。该研究为荒漠植物适应性机制及微生物辅助生态修复提供了理论依据。

　　

在广袤而严酷的荒漠生态系统中，植物如何在高蒸发、少降雨、营养匮乏的极端环境下生存，一直是生态学家关注的焦点。荒漠覆盖了全球约35%的陆地面积，而摩洛哥的撒哈拉区域更是生态脆弱区的代表。这类生态系统中的植物不仅依靠深根系、景天酸代谢（CAM）等自身适应机制，更与其根际微生物组形成紧密的“全生物”（holobiont）共生体系，以增强对逆境的抵抗能力。尽管已有研究指出根际细菌能通过固氮、溶磷、产生植物激素等方式直接或间接促进植物生长，但关于不同荒漠植物如何筛选和招募特异性微生物群落，以及环境因子与植物身份在群落构建中的相对贡献，仍缺乏系统性的野外实证研究。

为此，Hafsa Debbagh-Nour等人在《BMC Microbiology》上发表论文，以摩洛哥拉尤恩-萨基亚哈姆拉地区的四种典型荒漠植物——Lavandula coronopifolia、Lycium intricatum、Nitraria retusa和Searsia tripartita为研究对象，通过跨4个地理位点、每物种20个样本的根际土壤与根系取样，结合土壤理化分析（X射线荧光光谱、Rock-Eval?热解法测定SOC与SIC）与16S rDNA扩增子测序，系统揭示了植物种类与环境过滤对根际细菌群落结构的驱动机制。

关键技术方法概述

研究团队在2022年12月至2023年1月期间，于摩洛哥四个省份（Boujdour、Es-Semara、Laayoune、Tarfaya）分别采集四种植物的根际土壤与根系样本，每物种涵盖4个位点，各5个重复。土壤pH、电导率（EC）和有效磷分别依据ISO 11265与NF 11263标准测定；元素组成采用X射线荧光光谱（XRF）分析，数据经中心化对数比（clr）转换以消除成分数据偏差；土壤有机碳（SOC）与无机碳（SIC）通过Rock-Eval? Oxypure方法同步测定。根系微生物DNA经提取后，针对细菌16S rRNA基因V3–V4区进行扩增，使用Illumina MiSeq平台测序，并通过DADA2流程与EasyMicrobiome工具进行生物信息学分析。统计方法包括主坐标分析（PCoA）、Mantel检验、冗余分析（RDA）和共现网络构建。

研究结果

土壤理化性质呈现物种特异性差异

研究发现，四种植物根际土壤的碳含量与元素组成存在显著差异。Searsia tripartita与Nitraria retusa的根际土壤具有较高的SOC（最高达24.4 g C kg^?1）和SIC，而Lavandula coronopifolia的土壤则以高硅（Si）、铝（Al）、钾（K）和锰（Mn）含量为特征。电导率（EC）在N. retusa和S. tripartita中最高，反映其耐盐性生态适应。主成分分析（PCA）显示，L. coronopifolia与Si、Al、K、Mn富集相关，Lycium intricatum与pH和镁（Mg）含量密切关联，而N. retusa在各土壤参数中分布广泛，暗示其生态位宽度较大。

根际细菌群落以Pseudomonadota和Actinomycetota为主导

16S测序共检测到1026个细菌ASV（扩增子序列变体），归属16个门。在所有植物根际中，Pseudomonadota（占比＞50%）和Actinomycetota（约20%）为绝对优势菌门，体现了其在干旱环境中的代谢韧性。值得注意的是，N. retusa根际中富集了耐盐的Halobacteriota，而S. tripartita在极端干旱位点（Grara生态系统）中Bacillota比例显著升高，说明植物通过筛选特定生理功能类群以应对环境压力。

α与β多样性揭示地理位点与植物身份的协同影响

L. coronopifolia的香农（Shannon）指数与辛普森（Simpson）指数在站点间差异显著，表明局部环境过滤强烈影响细菌群落均匀度；其余物种的α多样性则相对稳定。主坐标分析（PCoA）与PERMANOVA检验进一步证实，地理位点可解释细菌β多样性变异的17.6%–28.1%，说明空间异质性与植物身份共同调控微生物群落组装。

微生物-环境互作具有物种特异性

Mantel检验与冗余分析（RDA）表明，S. tripartita的细菌群落与SOC、SIC、K、Ca、Mn、Fe显著相关；Ly. intricatum则主要受Mg含量驱动；而L. coronopifolia与N. retusa的微生物组成与土壤参数无显著相关性，暗示其微生物招募更依赖植物自身性状。共现网络分析显示，N. retusa和S. tripartita的微生物网络结构更为复杂，节点连接密集，反映了其在多变环境中更高的微生物互作韧性。

结论与意义

本研究通过多学科交叉方法，揭示了荒漠植物根际微生物群落的构建机制：植物身份通过根系分泌物与生理特性筛选核心菌群（如Pseudomonadota与Actinomycetota），而环境因子（如SOC、盐分、pH）则进一步强化了地理位点间的群落分异。值得注意的是，不同植物对土壤因子的响应策略各异——N. retusa展示出广谱的生态耐受性，S. tripartita则通过富集耐旱菌群（Bacillota）适应极端干旱。该成果不仅深化了对荒漠植物-微生物共生适应机制的理解，也为利用微生物辅助修复退化荒漠生态系统提供了物种特异性的调控思路。在未来气候变化加剧的背景下，针对关键植物及其共生微生物的功能挖掘，将有望成为提升干旱区生态恢复力的有效途径。