土壤原生生物和线虫的体型依赖性捕食对原核微生物群落组成及氮循环功能的影响

本研究针对土壤微生物群落中体型依赖性捕食的生态学机制展开探索，通过微宇宙实验结合分级过滤技术，揭示了小型原生生物（如Cercozoa）和线虫（如Acrobeloides）对原核微生物（细菌、古菌）群落结构及氮循环功能基因（如amoA、nirS、nosZII）的显著调控作用。结果表明，小型捕食者通过更广泛的摄食范围偏好活跃生长的微生物，并显著影响氮转化功能基因的丰度，为土壤生态系统的功能预测提供了新视角。

　　

土壤是地球上最复杂的生态系统之一，其中微生物的相互作用如同隐秘的“地下战争”，决定着养分循环和植物生长的命运。原生生物（protists）和线虫（nematodes）作为土壤中的主要捕食者，通过摄食细菌和古菌（prokaryotes）调控着微生物群落的平衡。然而，这些捕食者的体型差异如何影响其摄食策略？它们是否对特定的微生物“菜单”有偏好？这些问题长期困扰着生态学家。更关键的是，这种捕食行为是否会改变土壤氮循环的关键功能基因（如参与硝化的amoA和反硝化的nirS）的分布？这些问题的答案对理解土壤生态系统的稳定性和农业可持续性至关重要。

为了揭开这些谜题，中国的研究团队设计了一项精巧的微宇宙实验。他们采集农田土壤，通过灭菌后接种不同孔径（5 μm至250 μm）过滤的土壤悬浮液，分离出体型各异的原生生物和线虫群体。经过60天培养，结合定量PCR（qPCR）和高通量测序技术，分析了微生物群落结构、活性（基于RNA）及氮循环基因的丰度。研究还通过共现网络（co-occurrence network）揭示了捕食者与猎物的潜在关联。

3.1 体型过滤对微生物丰度及功能基因的影响
研究发现，5 μm过滤处理显著降低了细菌、古菌和真菌的丰度，表明小型捕食者的缺失导致微生物群落扩张受限。值得注意的是，反硝化基因nirS与nirK呈现相反的变化趋势，暗示捕食压力可能驱动功能基因的替代选择。

3.2 原核微生物群落的结构变化
尽管过滤处理未显著改变群落的整体结构，但RNA分析显示活跃生长的Proteobacteria和Bacteroidota比例升高，而依赖DNA的检测中Actinobacteriota减少，说明捕食者更倾向于摄食代谢活跃的微生物。

3.3-3.4 捕食者群落的体型分化
小型原生生物Cercozoa和线虫Acrobeloides在5 μm处理中占据主导，且Cercozoa与多种氮循环基因显著相关。相反，大型捕食者（如Ciliophora）的摄食范围较窄，印证了“体型越小，食谱越广”的生态学假说。

3.5-3.7 共现网络与功能关联
网络分析显示，小型捕食者与更多原核类群（如Crenarchaeota和Firmicutes）存在关联，且RNA水平的交互更强，进一步支持其对活跃细胞的偏好。此外，Acrobeloides与nirK的正相关性可能改变了反硝化路径的酶学格局。

这项发表于《Applied Soil Ecology》的研究首次系统验证了体型依赖性捕食理论在土壤多营养级互作中的普适性。其意义在于：

1. 生态学层面：揭示了土壤孔隙结构通过限制捕食者移动，塑造了微生物的“避难所”效应；
2. 功能调控：捕食压力可能通过改变功能基因组合（如nirS/nirK）影响氮流失或温室气体排放；
3. 方法论：结合DNA-RNA多组学，突破了传统研究对微生物活性的认知局限。

未来研究可聚焦纯培养实验验证特定捕食关系，或结合土壤结构成像技术量化孔隙的物理屏障作用。这项成果为土壤健康评估和农业管理提供了新的理论框架，提示我们在调控微生物功能时需“量体裁衣”——考虑捕食者体型的生态位分化。