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莱州湾滨海盐生植物根际土壤真菌多样性及群落结构解析:生态适应与微生物资源挖掘
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月19日 来源:Rhizosphere 3.4
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本研究针对滨海盐渍化土壤生态修复需求,通过Illumina测序技术解析莱州湾三种盐生植物(碱蓬Suaeda glauca 、芦苇Phragmites australis 和狗尾草Setaria viridis )根际真菌群落特征。研究发现盐生植物根际真菌α多样性显著高于非根际土(CK),Ascomycota 为优势门类,且病原菌Monosporascus 在根际显著减少,同时揭示了盐生植物特异性富集Talaromyces 等功能菌群及更复杂的共现网络。该成果为盐碱地微生物修复提供理论依据,发表于《Rhizosphere》。
全球土壤盐渍化正以每年10%的速度扩张,中国盐碱地面积达9910万公顷,威胁着粮食安全与生态平衡。滨海地区因海水倒灌形成的高盐碱环境,成为植物生存的"生命禁区"。然而,盐生植物却在此"逆境"中蓬勃生长,其秘密武器就藏在地下——根际微生物群落。这些微生物如同植物的"外挂器官",通过调节离子平衡、增强抗逆性等机制帮助宿主对抗盐胁迫。尽管前人已对盐生植物-微生物互作展开研究,但关于中国莱州湾典型滨海盐生植物根际真菌群落特征及其生态功能仍存在认知空白。
为填补这一空白,潍坊学院的研究团队选取莱州湾南岸三种盐生植物(碱蓬SG、芦苇PA、狗尾草SV)及其周边非根际土(CK),采用Illumina高通量测序技术分析真菌群落。研究通过α/β多样性分析、共现网络构建和功能预测等方法,系统比较了不同生态位真菌群落差异。
主要技术方法
研究采集山东潍坊莱州湾南岸(37.22°N, 119.18°E)距海岸线5米处的根际与非根际土壤样本,使用CTAB法提取DNA后,通过ITS1区引物进行PCR扩增,Illumina NovaSeq平台完成测序。经质量过滤和去噪获得1,867,704条有效序列,聚类为2024个ASVs(扩增子序列变体)。采用QIIME2进行物种注释,R语言进行统计学分析与可视化。
研究结果
1. 真菌多样性特征
α多样性分析显示,盐生植物根际(尤其PA和SV组)的Chao1指数显著高于CK组,SV组的香农指数最高,表明盐生植物能富集更丰富的真菌群落。β多样性则呈现清晰的组间分离,仅PA与SV组存在显著交叉,暗示二者可能共享部分耐盐菌群。值得注意的是,PA与SV组共享的ASVs数量是其他组合的3倍,揭示特定植物组合可能形成独特的"微生物联盟"。
2. 群落组成差异
在所有样本中,Ascomycota
(子囊菌门)以绝对优势(占比>60%)成为"霸主",其丰度在PA和SG组显著高于CK组。有趣的是,SV组特有富集Rozellomycota
(裸真菌门),该门类在真菌界中具有原始特征,可能参与特殊物质代谢。属水平上,病原菌Monosporascus
在CK组"称王",却在盐生植物根际遭遇"滑铁卢";而Talaromyces
(篮状菌)、Zopfiella
(佐普菲菌)等功能菌则成为根际"新贵",暗示盐生植物可能通过根际筛选构建"益生菌防护罩"。
3. 共现网络分析
盐生植物根际网络展现出"小世界"特性:节点数(128-158)和模块度(0.68-0.72)均显著高于CK组,且正相关边占比超80%。这种高连通性网络结构如同微生物界的"互联网",可能增强群落稳定性与功能冗余,帮助植物应对盐胁迫波动。
4. 功能预测
FUNGuild分析揭示盐生植物根际存在"功能转型":病原菌功能通路被显著抑制,而腐生菌功能(如有机物降解)则被激活。这种"去害增利"的功能调控模式,可能通过促进养分循环间接增强植物耐盐性。
结论与意义
该研究首次系统揭示了莱州湾滨海盐生植物根际真菌群落的"三重防护"机制:多样性富集塑造"菌种银行",特异性筛选构建"功能屏障",网络优化形成"稳态缓冲"。这不仅深化了对植物-微生物互作的理解,更为盐碱地微生物修复提供了重要启示——未来可定向筛选Talaromyces
等根际促生菌(PGPR),开发"以菌治盐"的生物制剂。研究团队特别指出,狗尾草SV组展现的独特菌群结构,可能成为挖掘耐盐基因资源的"新宝库"。
这项发表于《Rhizosphere》的研究,为破解"盐碱地-微生物-植物"三方互作密码提供了关键拼图,其创新性体现在:①首次对比三种生态型盐生植物的根际真菌响应策略;②揭示Rozellomycota
在滨海盐生系统的特殊地位;③提出网络复杂性可作为评估微生物群落抗逆性的新指标。正如审稿人评价,该成果"为盐碱地生态修复提供了从理论到应用的全链条研究范式"。
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