盐生植物作为整体生物群落：解析植物基因型与环境因素对水生及旱生盐生植物相关微生物组的共同影响

《Current Research in Microbial Sciences》：Halophytes as holobionts: disentangling the contribution of plant genotype and environmental factors to the associated microbiome of hydro- and xerohalophytes

盐生植物微生物群落研究：以西班牙西南部（大西洋沿岸）和东南部（地中海沿岸）的三种水生盐生植物（Atriplex portulacoides、Salicornia perennis、Suaeda vera）和三种旱生盐生植物（Atriplex glauca、Anabasis articulata、Halocnemum strobilaceum）为例，通过16S rRNA测序分析内生菌、根际土壤和裸土的细菌组成。研究发现，植物类型（水生盐生植物 vs. 旱生盐生植物）是影响微生物群落结构的主因，二者核心菌群（Kushneria、Halomonas、Pseudoalteromonas、Zunongwangia）存在共性，但特异菌群差异显著：水生盐生植物富集Vibrio、Marinomonas等海洋相关菌属，旱生盐生植物则以耐碱菌属（Marinilactibacillus、Alkalicoccus）为主。土壤理化性质（pH、电导率）和季节变化（春、秋）也影响微生物群落，但植物基因型起主导作用。该研究为解析盐生植物-微生物互作机制提供了新依据。

　　### 沙漠与盐渍环境中的耐盐植物微生物群落分析

#### 引言
耐盐植物，也称为盐生植物，是自然界中独特的植物群体，它们能够在高盐环境中生存并繁衍。这些植物不仅在生态系统的稳定中发挥重要作用，还在多个方面提供了巨大的价值，包括药用、营养、以及作为可持续农业资源。然而，随着气候变化和人类活动的影响，这些植物正面临诸如热浪、干旱、盐度增加和污染等环境压力。在这些挑战中，耐盐植物与其共生微生物群落之间的相互作用成为研究重点，因为这些微生物对于植物的生存和适应能力至关重要。

在耐盐植物中，可以分为两类：水盐生植物（hydrohalophytes）和旱盐生植物（xerohalophytes）。水盐生植物通常生长在湿润的盐渍环境中，如潮汐湿地或内陆盐湖，而旱盐生植物则适应于干燥的盐渍环境，如沿海沙丘或内陆盐沼。这些植物的微生物群落对于其适应极端环境、促进生长、以及参与碳和氮循环具有关键作用。因此，研究不同类型的耐盐植物的微生物群落结构及其形成因素，对于理解植物如何适应环境变化以及开发其应用潜力具有重要意义。

本研究旨在探讨水盐生植物和旱盐生植物的微生物群落结构差异，以及植物遗传和环境因素如何影响这些微生物群落。研究选择了三种水盐生植物：*Atriplex portulacoides*、*Salicornia perennis* 和 *Suaeda vera*，以及三种旱盐生植物：*Atriplex glauca*、*Anabasis articulata* 和 *Halocnemum strobilaceum*。通过采集不同季节的样本（秋季和春季），分析了这些植物的微生物群落组成及其在不同植物组织（内生菌、根际土壤和裸土）中的分布。研究采用了16S rRNA V3-V4区域测序技术，以揭示不同植物类型及其生境对微生物群落的塑造作用。

#### 方法
本研究采用了多种方法，包括样本采集、土壤理化性质测定、DNA提取和测序，以及微生物群落的多样性分析和分类鉴定。

1. **样本采集**
样本采集于西班牙西南部的阿特拉斯海岸盐沼和东南部地中海海岸的盐沼和内陆盐渍地。每种植物类型在三个不同的地点和两个季节（秋季和春季）采集样本。在每个地点，随机选择三株健康的成年植物，将它们的根系和根际土壤混合，形成一个代表性的样本。

2. **土壤理化性质测定**
测定了土壤的pH值、电导率（EC）、可氧化有机碳、可氧化有机质、磷（PO?3?）和 Olsen磷含量、氮（N）和硫（S）含量。这些参数反映了土壤的盐度、养分状况和生态条件，有助于理解微生物群落的分布。

3. **DNA提取和测序**
采用CTAB方法提取总基因组DNA，并使用Illumina NovaSeq平台进行16S rRNA V3-V4区域的高通量测序。测序后的数据经过质量控制、拼接和去除嵌合体，最终得到高质量的序列数据。

4. **数据分析**
对序列数据进行分类分析，计算Alpha和Beta多样性指数，包括观察到的物种数、Chao1、Shannon、Simpson和ACE指数。同时，使用LDA-LEfSe方法分析微生物群落中的生物标志物，以及使用Venn图和热图可视化不同样本之间的微生物组成差异。

#### 结果
1. **微生物群落的多样性分析**
Alpha多样性结果显示，根际土壤和裸土的微生物群落比内生菌更丰富。在水盐生植物中，根际土壤的多样性高于旱盐生植物。然而，旱盐生植物的内生菌群落表现出更高的Alpha多样性，这可能与其适应干旱环境的能力有关。

2. **微生物群落的组成**
在水盐生植物中，主要的微生物群落包括*Vibrio*、*Pseudomonas*和*Marinomonas*，而在旱盐生植物中，主要的微生物群落包括*Marinilactobacillus*、*Alkalicoccus*和*Alkalibacterium*。这些微生物在不同植物类型中表现出不同的适应性和功能。

3. **季节性对微生物群落的影响**
季节性对微生物群落的组成有显著影响，特别是在根际土壤和裸土中。在秋季，某些微生物的相对丰度较高，而在春季，新的微生物群落可能因环境条件的变化而出现。例如，*Clavibacter*和*Ralstonia*在春季的根际土壤中出现，可能与植物对生物胁迫的响应有关。

4. **植物基因型对微生物群落的影响**
不同的植物基因型对微生物群落的组成有显著影响。例如，*Salicornia perennis*的内生菌群落表现出较高的多样性，而*Halocnemum strobilaceum*的内生菌群落则相对较少。这表明植物的基因型在微生物群落的形成中起着关键作用。

#### 讨论
本研究揭示了水盐生植物和旱盐生植物的微生物群落之间的显著差异。这些差异可能与它们的生长环境、植物的适应策略以及微生物的生态功能有关。例如，水盐生植物的根际土壤富含氨氧化古菌，这可能与其在湿润环境中的氮循环能力有关。而旱盐生植物的根际土壤则富含耐盐和耐碱的细菌，这可能与其在干旱环境中的生存策略相关。

此外，研究还发现，季节性对微生物群落的组成有重要影响，特别是在根际土壤和裸土中。在秋季，某些微生物的相对丰度较高，而在春季，新的微生物可能因环境条件的变化而出现。这表明微生物群落可能随季节而变化，以适应不同的生态条件。

#### 结论
本研究得出以下结论：
- 水盐生植物和旱盐生植物的微生物群落结构存在显著差异，这可能与它们的生长环境和适应策略有关。
- 植物基因型在微生物群落的形成中起着关键作用，不同植物类型吸引了不同的微生物群落。
- 季节性对微生物群落的组成有重要影响，特别是在根际土壤和裸土中。
- 某些微生物可能具有特定的功能，如促进植物生长、参与氮循环和有机物降解，这些功能对于植物在极端环境中的生存至关重要。

#### 数据可用性
本研究的数据已上传至NCBI Sequence Read Archive（SRA）数据库，提交编号为SUB15656311，项目编号为PRJNA1347384。此外，土壤理化性质数据已存储于塞维利亚大学的公共数据库（idUS），访问编号为DOI: [https://doi.org/10.12795/11441/177211](https://doi.org/10.12795/11441/177211) 和 Handle: [https://hdl.handle.net/11441/177211](https://hdl.handle.net/11441/177211)。

#### 未来研究方向
尽管本研究揭示了水盐生植物和旱盐生植物的微生物群落结构及其形成因素，但仍有许多问题需要进一步研究。例如，微生物群落的具体功能及其对植物生长和适应性的影响，需要通过实验进一步验证。此外，微生物群落与植物代谢途径之间的相互作用，以及微生物如何通过基因水平转移和水平基因转移增强植物的耐盐能力，也是未来研究的重要方向。这些研究将有助于更好地理解耐盐植物与微生物之间的共生关系，并为可持续农业和生态保护提供科学依据。