由暗隔内生菌和胞外聚合物物质介导的土壤-微生物组-植物相互作用推动了露天垃圾填埋场的生态恢复

《Rhizosphere》：Soil–microbiome–plant interactions mediated by dark septate endophytes and extracellular polymeric substances drive ecological restoration in open-pit dumps

本研究评估了暗隔端内生菌（DSE）及其胞外聚合物（EPS）对干旱矿区土壤微生物群落、代谢及植被恢复的影响。一年后，EPS处理显著提升土壤微生物生物量（MBC、MBN、MBP分别增加71.5%、54.1%、55.7%），而DSE单独处理效果较弱。代谢组学发现脂类衍生物浓度变化与根生物量正相关。网络分析表明EPS和DSE联合处理显著增加微生物网络复杂度，促进植物生长。结果表明DSE和EPS通过调控土壤微生物网络及代谢活动，驱动生态恢复，为矿区土壤修复提供微生物靶向策略。

　　在干旱地区的采矿活动对生态环境造成了显著的破坏，特别是在土壤结构和养分循环方面。这些破坏不仅影响了土壤的物理性质，还对生态系统功能产生了深远的影响。随着全球对可持续土地管理的关注不断加深，生态修复技术的应用变得尤为重要。然而，目前对于微生物在根际过程中的调控机制仍存在诸多未知。本文旨在探讨在早期采矿区建设阶段，使用暗色菌丝内生菌（DSE）及其胞外聚合物（EPS）对土壤微生物群落、代谢活动和植物生长的影响，特别是其在一年内对土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）和磷（MBP）的季节性变化的调控作用。

研究发现，在应用EPS处理一年后，土壤中的MBC、MBN和MBP分别比对照组增加了71.5%、54.1%和55.7%。尽管单独使用DSE处理也能够提升这些指标，但其效果通常不如EPS或EPS与DSE联合处理显著。这表明EPS在改善土壤微生物生物量方面具有更突出的优势。通过非靶向代谢组学分析，研究发现脂类衍生化合物占差异代谢物的50%以上，其浓度变化与根系生物量之间存在显著的正相关关系。这进一步说明EPS对土壤微生物活动的促进作用。

此外，研究还采用了共现网络分析，结果显示EPS和EPS+DSE处理显著增加了细菌-细菌之间的连接边数，分别提高了19.24%和16.9%；同时，细菌-真菌之间的连接边数也分别增加了49.65%和14.75%。这些变化表明，EPS和DSE的联合应用能够显著提升微生物网络的复杂性，促进更广泛的微生物相互作用。这种增强的微生物网络可能为植物提供更丰富的养分和更稳定的土壤结构，从而有利于植物的生长和生态系统的恢复。

植物生物量在EPS、DSE和EPS+DSE处理下分别比对照组增加了2.18倍、1.93倍和2.78倍。同时，净光合速率也显著提升，分别达到1.86倍、1.20倍和1.70倍。这些结果表明，DSE和EPS通过调节土壤-微生物-植物之间的相互作用，能够有效推动采矿区的生态修复。EPS通过提高土壤中的碳可利用性，促进了微生物生物量和酶活性的增加；而DSE则通过根系定殖和菌丝扩展，逐步改善根际环境。两者的结合应用不仅改变了微生物群落的组成，还丰富了功能微生物类群，从而为修复严重退化的采矿土壤提供了新的思路和方法。

在干旱地区，由于降水稀少和水资源短缺，生态修复面临着更大的挑战。因此，探索能够有效改善土壤环境和促进植物生长的微生物技术具有重要的现实意义。本文的研究不仅揭示了DSE和EPS在促进土壤微生物活动和植物生长方面的潜力，还为未来在类似退化生态系统中的应用提供了理论支持和实践指导。通过系统评估DSE和EPS处理对土壤微生物群落和代谢活动的影响，以及对植物生长的促进作用，研究为生态修复提供了更加全面和深入的理解。

研究过程中，DSE菌株是从内蒙古锡林郭勒盟的胜利露天煤矿分离得到的，并在国家微生物文化保藏中心进行了登记（编号17463）。通过ITS测序和形态学特征分析，该菌株被鉴定为Alternaria属。为了提高DSE的活性，研究团队在优化的液体培养基中培养该菌株，培养基成分包括葡萄糖、麦芽提取物、磷酸盐、硫酸镁和维生素B1等。这种优化的培养条件有助于DSE的生长和EPS的合成，从而提高其在生态修复中的应用效果。

在评估DSE和EPS对土壤微生物群落和代谢活动的影响时，研究团队采用了一系列先进的分析方法，包括非靶向代谢组学和共现网络分析。这些方法不仅能够揭示土壤中代谢物的变化趋势，还能够分析微生物之间的相互作用关系。通过这些分析，研究团队发现EPS处理在改善土壤微生物生物量和代谢活动方面具有显著的优势，而DSE处理则在根际环境的改善方面表现出一定的效果。这种差异可能与EPS和DSE在土壤中的作用机制不同有关，EPS主要通过提供碳源和营养物质来促进微生物活动，而DSE则通过其菌丝网络和代谢产物来改善土壤结构和养分状况。

此外，研究还探讨了EPS和DSE在促进植物生长方面的作用。结果显示，EPS和DSE的联合应用能够显著提高植物的生物量和根系发育，从而增强其对环境胁迫的抵抗能力。这些结果不仅为生态修复提供了新的技术手段，还为未来在类似退化生态系统中的应用提供了理论依据。通过深入了解DSE和EPS在土壤微生物群落和植物生长中的作用机制，可以为生态修复技术的优化和推广提供重要的参考。

在实际应用中，DSE和EPS的联合使用可能成为一种有效的生态修复策略。特别是在干旱地区，这种策略能够显著提高土壤的生物活性和植物的生长能力，从而促进生态系统的恢复。研究团队通过系统的实验设计和数据分析，验证了这一策略的有效性。此外，研究还强调了微生物在生态修复中的重要性，指出微生物群落的结构和功能对于土壤健康和生态系统稳定具有关键作用。

本文的研究结果对于理解干旱地区采矿区的生态修复机制具有重要意义。通过揭示DSE和EPS在调节土壤微生物活动和促进植物生长方面的具体作用，研究为未来的生态修复实践提供了科学依据。同时，研究还指出，季节性变化对土壤微生物群落和代谢活动的影响不容忽视，这为制定更加精准的生态修复方案提供了参考。在未来的研究中，可以进一步探讨DSE和EPS在不同环境条件下的适应性和应用效果，以及它们在更广泛的生态系统修复中的潜力。

综上所述，本文通过系统研究DSE和EPS在采矿区土壤修复中的作用，揭示了微生物在改善土壤质量和促进植物生长方面的关键角色。研究不仅为干旱地区的生态修复提供了新的思路和技术手段，还为未来的微生物应用研究奠定了基础。通过深入了解微生物与植物之间的相互作用，可以更有效地推动生态系统的恢复和可持续发展。