解密北美东北部草地土壤微生物动态：以一枝黄花(Solidago sp.)为模型的生态恢复新视角

本研究针对北美东北部退化草地生态系统，通过分析一枝黄花(Solidago rugosa)根际、近根及大块土壤微生物群落，揭示了pH值、土壤类型和地理差异对微生物组成的显著影响。研究人员采用16S rRNA基因测序技术，发现近根土壤是根际与大块土壤微生物的过渡带，且根际群落具有地理依赖性。该研究为通过调控特定微生物群落促进草地生态修复提供了新思路，发表于《Microbial Ecology》。

　　

北美东北部草地生态系统正面临严重退化，仅20%的原始草地保存完好。这些区域不仅是碳汇和生物多样性的热点，还具有重要的文化和生态价值。然而，农业扩张、城市化及气候变化导致其持续萎缩。尽管已有多种恢复方法，但土壤微生物群落的潜在作用尚未充分挖掘。微生物通过调控有机质分解、养分循环和植物健康，在生态系统功能中占据核心地位。尤其根际微生物与植物的互作，可能成为生态修复的关键杠杆。

为探究这一问题，Widener University等机构的研究团队以北美本土植物一枝黄花(Solidago rugosa)为模型，分析了宾夕法尼亚州两个州立公园内不同土壤类型（根际、近根、大块土壤）的微生物群落。研究采用16S rRNA基因测序技术，结合环境参数测量（pH值、有机质含量）和统计学分析（PERMANOVA、SIMPER），揭示了微生物群落的结构与驱动因素。

土壤pH的主导作用
数据分析显示，土壤pH是微生物群落组成的最大影响因素（Spearman相关系数r_s=0.619）。在pH<5的酸性土壤中，Isosphaerales（计划菌门）和Acidobacteria Subgroup 2（酸杆菌门）显著富集，这些类群对酸性环境具有适应性。Ricketts Glen Site 2（pH 4.3±0.2）的微生物组成与其他位点差异显著，验证了pH的筛选效应。

土壤类型的层级差异
微生物群落在大块土壤、近根土壤和根际土壤中呈现梯度变化。近根土壤被鉴定为过渡区，其微生物组成介于根际与大块土壤之间。根际土壤中变形菌门(Proteobacteria)相对丰度达34%，显著高于其他区域，而酸杆菌门(Acidobacteriota)在大块土壤中占优势（22.8%）。指示物种分析发现，Latescibacterota（ASV303）和Starkeya sp.（ASV110）是跨pH值存在的核心根际微生物。

地理差异的烙印
尽管研究使用同一植物物种，不同草地的根际微生物组成显著不同。例如，Nescopeck位点的根际富含Chthoniobacterales（疣微菌门），而Ricketts Site 2则以Isosphaerales为特征。每个位点拥有独特的ASVs（扩增子序列变体），如Nescopeck的Bacillus sp.（ASV24）和Ricketts的Candidatus Xiphinematobacter（ASV16），表明地理因素通过改变大块土壤库间接塑造根际群落。

讨论与展望
该研究首次系统揭示了一枝黄花根际微生物群落的可塑性与地理依赖性，挑战了“同种植物根际微生物保守”的传统认知。近根土壤作为生态过渡带的发现，为理解微生物群落组装提供了新维度。核心微生物ASV303和ASV110的跨环境稳定性，暗示其可能具有普适性生态功能。研究结果发表于《Microbial Ecology》，为草地恢复提供了微生物调控靶点：通过引入功能冗余菌群或调节土壤pH，可能加速退化生态系统的功能重建。未来研究需结合宏基因组学，解析这些微生物群落的具体功能及其与植物的互作机制。