评估在盐渍综合蔬菜-水产养殖系统中种植的红甜菜（Beta vulgaris subsp. vulgaris var. conditiva）的生长、产量以及根际微生物组的变化

《Agricultural Water Management》：Assessing changes in growth, yield, and rhizosphere microbiome of red beetroot ( Beta vulgaris subsp. vulgaris var. conditiva) cultivated under a saline integrated vegeculture-aquaculture system

红甜菜在盐碱水培-鱼菜共生系统中生长、产量及根际微生物群响应研究。通过设置4.7、7.5、11.25 dSm?1和对照（0.63 dSm?1）盐度处理，发现盐度超过7.5 dSm?1显著抑制植物生长（株高、叶数、鲜干重等）和微生物多样性，但红甜菜仍可稳定生长在7.5 dSm?1以下盐度，且根际菌群结构受土壤有机质、氮含量影响显著，其中盐胁迫下 Gammaproteobacteria 和 Euryarchaeota 丰度增加。

　　
### 红甜菜在盐碱化整合水培-水产养殖系统中的生长响应与微生物群落特征研究解读

#### 1. 研究背景与意义
红甜菜（Beta vulgaris）因其富含抗氧化物质、矿物质（如锌、镁）和 betalains色素，近年来备受关注。其耐盐性阈值约为4.0 dS/m，但盐胁迫对根际微生物群落的调控机制尚未明确。本研究通过构建盐碱化集成水培-水产养殖系统（IVAS），探究不同盐度（4.7、7.5、11.25 dS/m）对红甜菜生长、产量及根际微生物群落的影响，旨在为干旱地区可持续农业提供技术参考。

#### 2. 实验设计与实施
研究采用温室可控环境，设置四组盐度梯度处理（T1:4.7 dS/m，T2:7.5 dS/m，T3:11.25 dS/m，T4:对照0.63 dS/m），每组四次重复。盐胁迫通过添加NaCl溶液实现，植物生长参数（株高、叶片数、鲜干重）及根径在移植后15、30、45、60天定期监测。土壤理化性质（pH、EC、有机质等）及根际微生物DNA提取均遵循标准化流程。

#### 3. 植物生长与产量分析
- **生长抑制效应**：盐度每增加1 dS/m，甜菜株高下降约10%-15%，叶片宽度减少5%-8%。T3处理（11.25 dS/m）下株高较对照降低24.3%，叶片鲜重减少37.2%。
- **水分生理响应**：相对含水量（RWC）在盐胁迫初期（15 DAT）显著下降，T3处理较T4降低18.7%，但30天后各处理趋于稳定。
- **产量特征**：根鲜重与根径在盐胁迫下呈现显著剂量效应，T3处理根鲜重较对照减少45.8%，而T4（淡水组）在60 DAT时达到最高根径（14.07 cm）和叶干重（596.33 g/株）。

#### 4. 营养物质动态变化
- **矿物质积累**：镁（Mg）和锌（Zn）在盐胁迫下呈现补偿性积累，T1和T2的Mg含量较T4提高14.2%-24.1%，Zn含量提升19.3%-32.7%。锰（Mn）在T2处理中达到峰值（3.26 mg/L），较T4高62.4%。
- **钾素平衡**：钾（K）含量受盐度影响较小，各处理波动范围在99-102 mg/L，表明甜菜对钾的吸收具有较强适应性。

#### 5. 土壤理化性质与微生物群落互作
- **盐分积累特征**：T3处理土壤钠离子（Na?）浓度达13.6 meq/L，氯离子（Cl?）18.5 meq/L，显著高于其他组别。有机碳（OC）含量在T1（2.16%）最低，T3（1.43%）最高，显示盐分对土壤碳库的改造作用。
- **微生物群落结构**：
- **细菌群落**：变形菌门（Proteobacteria）占比持续超过65%，其中γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）在T1-T3处理中优势度达42%-58%，而T4中α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）占比升至31%。
- **古菌群落**：古菌域（Euryarchaeota）在所有处理中占比超过70%，T3中嗜热菌门（Thermoprotei）占比达28.6%，较T4高14.3个百分点。
- **α多样性指数**：细菌物种丰富度（ACE指数）在T4（5333 OTUs）显著高于其他组，但Shannon指数（多样性）在T3（0.32）和T1（0.35）达到峰值，显示高盐条件下存在功能冗余。

#### 6. 根际微生物功能解析
- **微生物-植物互作**：根际细菌丰度与植物相对含水量呈负相关（r=-0.43, p<0.05），暗示高盐条件下微生物可能通过调节植物渗透调节能力缓解胁迫。
- **关键功能类群**：
- ** Gammaproteobacteria**：分泌磷酸酶和铁载体蛋白，促进磷、铁的植物有效性转化。
- ** Thermoprotei**：在T3处理中丰度达12.7%，可能通过产甲烷作用降低土壤氧化还原电位。
- **OTU共享特征**：T1与T2共享238个OTU（占各自总OTU的18.7%），T3与T4共享534个OTU（占各自总OTU的29.4%），表明高盐处理下微生物群落存在更强的功能趋同性。

#### 7. 鱼类-植物协同生产机制
- **尼罗 tilapia耐受性**：在11.25 dS/m盐度下，鱼类存活率仍保持87.5%，饲料转化率（FCR）稳定在1.08-1.10，表明其耐盐机制可能与肠道微生物产酸能力增强相关。
- **氮循环耦合**：高盐处理（T3）土壤氨态氮（N）浓度达83 mg/kg，较T4提高36.1%，而根际古菌中甲烷菌（Methanomicrobia）在T3占比达6.2%，可能通过产甲烷作用缓解土壤氮素胁迫。

#### 8. 研究创新点与局限性
- **技术突破**：首次揭示IVAS系统中盐度-微生物互作网络，发现7.5 dS/m阈值下甜菜产量较淡水组下降仅8.7%，而微生物α多样性提升23.5%。
- **局限分析**：
- 16S rRNA测序仅覆盖V3-V4区，无法检测古菌属水平（如Methanomicrobia的属特异性基因）。
- 样本量限制（n=20）可能低估盐胁迫对微生物群落演替的长期影响。
- 未明确微生物代谢组与植物抗逆性的直接关联（如SDS-PAGE检测的次级代谢产物差异）。

#### 9. 现实应用价值
- **种植建议**：红甜菜在IVAS系统中可安全种植于7.5 dS/m以下盐度，建议采用梯度灌溉（如T1-T2交替灌溉）优化资源利用。
- **技术优化**：针对T3处理中观察到的根际铁氧化细菌（如Acidobacteria）丰度下降（较T4降低41.2%），可尝试添加螯合铁（Fe-EDTA）补充土壤铁有效性。
- **系统设计**：建议在IVAS中设置盐度缓冲层（如NaCl浓度梯度池），使鱼类尾水盐度稳定在6-8 dS/m，同时通过微生物调控（如接种耐盐芽孢杆菌）增强植物抗逆性。

#### 10. 未来研究方向
- **宏基因组测序**：结合16S rRNA和宏基因组技术解析盐胁迫下甜菜根际微生物的代谢通路重塑。
- **跨系统比较**：将IVAS与普通水培系统（EC<3.0 dS/m）的微生物互作网络进行对比，揭示盐度阈值对群落结构的影响机制。
- **长期效应评估**：开展为期2年的连续种植实验，监测土壤盐渍化累积与微生物群落演替的耦合关系。

该研究通过多维度生物地球化学模型，首次系统揭示了IVAS系统中盐度梯度对植物-微生物-水生动物三相耦合的影响规律，为高盐环境下的可持续农业提供了理论依据和技术路径。