城市化梯度下土壤与地衣微生物组组装生态过程的揭示

本研究针对全球生物多样性丧失背景下城市化对微生物组的影响机制这一科学问题，通过分析荷兰莱顿市不同城市化梯度（低、中、高）的土壤及三种附生地衣（Candelaria concolor、Physcia adscendens、Xanthoria parietina）的微生物组，揭示了城市化通过异质性选择（heterogeneous selection）和扩散限制（dispersal limitation）驱动土壤微生物群落重组，而地衣微生物组则表现出强烈的宿主特异性（host specificity）。研究成果为理解城市生态系统中微生物组的环境适应机制提供了新视角，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

随着全球城市化进程加速，自然景观向城市用地的转化导致生物多样性急剧下降。然而，城市化对环境微生物组及宿主相关微生物组的影响机制，尤其是驱动其组装的生态过程，仍知之甚少。土壤微生物组作为生态系统功能的关键调控者，以及地衣作为环境健康的生物指示剂，其响应城市化的规律亟待解析。荷兰自然生物多样性中心等机构的研究团队在《npj Biofilms and Microbiomes》发表的研究，首次系统揭示了城市化梯度下土壤与地衣微生物组的组装规律。

研究采用纳米孔测序技术（Nanopore R10.4.1）对93份土壤和45份地衣样本进行全长16S rRNA和ITS2测序，结合功能预测（FAProtax/FungalTraits）和零模型分析（βNTI/RC_bray
），量化了选择、扩散等生态过程的相对贡献。样本覆盖莱顿市低（UHI 0-0.8°C）、中（0.8-1.6°C）、高（1.6-2.5°C）城市化区域，以城市热岛效应（UHI）作为梯度划分依据。

土壤微生物组变异
城市化梯度显著改变土壤细菌（R²
=0.078）和真菌（R²
=0.069）群落结构，中高城市化区形成独立聚类。中度城市化区表现出最高的微生物网络复杂度（128正/23负互作），与异质性选择贡献峰值（细菌22.64%，真菌12.5%）吻合。功能分析显示，城市土壤富集烃类降解菌（如Pseudomonas alcaligenes）和重金属抗性菌，印证了环境压力的选择性作用。

地衣微生物组的宿主特异性
三种地衣的微生物组α/β多样性均不受城市化影响，但表现出显著物种特异性。Xanthoria的细菌多样性最高且富集砷解毒功能菌，Candelaria的真菌多样性最丰富（含多种腐生/寄生类群）。网络分析揭示每种地衣的核心共生特征：Candelaria的共生真菌Phialocephala fortinii与固氮蓝藻（Leptodesmis alaskaensis）形成互作枢纽，Xanthoria的共生蓝藻Haloleptolyngbya elongata则与伴生地衣真菌（Flavopunctelia flavention）显著关联。

群落组装过程解析
土壤微生物组受扩散限制（真菌>75%）和选择（细菌>10%）共同驱动，且城市化加剧扩散限制（低→高区贡献：细菌2%→35.32%）。地衣微生物组则主要由非主导过程（undominated processes，>60%）调控，表明其组装是选择与随机过程的动态平衡。

该研究首次量化了城市化梯度下土壤与地衣微生物组的生态组装机制，揭示了环境压力与宿主生物学特性的差异化影响。发现城市土壤微生物组可作为环境压力的敏感指标，而地衣微生物组的宿主特异性为理解共生系统稳定性提供了新依据。研究成果为城市生物多样性保护政策的制定提供了微生物层面的科学支撑，同时拓展了生态位理论（niche theory）在城市化场景下的应用边界。