沙漠植物沙蒿根际稀有与丰富类群对干旱胁迫的差异化响应机制及其生态意义

本研究针对荒漠化治理中植物-微生物互作机制不清的难题，聚焦中国四大沙漠（毛乌素、库布齐、腾格里、乌兰布和）沙蒿(Artemisia desertorum)根际微生物组。通过高通量测序和网络分析揭示：稀有类群(58.25% ZOTUs)受异质性选择主导(76.7%)，而丰富类群(2% ZOTUs)受扩散限制支配(67.43%)；MAP与干旱指数是驱动群落构建的关键因子；功能预测显示丰富类群主导碳氮代谢，稀有类群侧重细胞运动。该研究为干旱区植被恢复提供了微生物调控新靶点。

　　

在全球荒漠化加剧的背景下，沙漠植物如何通过根际微生物适应极端环境成为生态学研究热点。沙蒿作为中国北方沙漠优势固沙植物，其根际微生物的"稀有生物圈"与优势类群的生态分工机制尚不明确。中山大学的研究团队在《Advanced Biotechnology》发表的研究，首次系统揭示了中国四大沙漠沙蒿根际微生物的差异化适应策略。

研究采用跨沙漠采样（100个样本）、16S rRNA高通量测序（V3-V4区）、SparCC网络构建和PICRUSt2功能预测等技术。通过βNTI和RC_Bray模型解析群落构建机制，结合STAMP分析功能差异。

3.1 土壤理化性质
四大沙漠土壤呈现显著环境梯度：乌兰布和沙漠pH最高（d=0.887-0.965），腾格里沙漠NO₃^-含量最低。MAP与土壤含水量呈正相关，干旱指数与温度呈负相关（P<0.05）。

3.2 稀有与丰富类群组成
丰富类群仅占2% ZOTUs但贡献24.65%相对丰度，以放线菌门(Actinomycetota,58.58%)为主；稀有类群占58.25% ZOTUs但仅20.26%丰度，包含30个门。稀有类群α多样性比丰富类群高703.1%-1338.4%（P<0.001），β多样性受MAP和干旱指数显著驱动（R²=0.37）。

3.3 微生物互作网络
构建含320节点/1557边的共生网络，模块化特征显著（模块度=0.38）。丰富类群占据核心节点，其介数中心性（d=0.949）和特征向量中心性（d=0.866）显著更高。干旱加剧使网络边数增加33%（P<0.001），但降低脆弱性15%。

3.4 群落构建机制
稀有类群76.7%由确定性过程（异质性选择）驱动，丰富类群50.81%受扩散限制支配。MAP差异扩大使稀有类群βNTI上升（P<0.001），丰富类群则相反。

3.5 功能分化
PICRUSt2预测显示：丰富类群在碳水化合物代谢（P<0.05）和外源物降解方面占优；稀有类群在细胞运动（鞭毛组装）和能量代谢通路显著富集，暗示其"种子库"功能。

该研究创新性揭示：1）MAP和干旱指数是沙漠根际微生物组构建的关键筛子；2）稀有类群通过高功能冗余增强系统韧性；3）丰富类群作为"代谢引擎"维持基础功能。研究为定向调控根际微生物促进固沙植物适应提供了理论依据，提出的"干旱梯度-网络复杂性"模型对全球变化下的微生物生态学研究具有范式意义。技术层面，将零半径OTU(ZOTUs)算法与FastSpar网络分析结合，为低生物量样本研究提供了方法学参考。未来需通过宏基因组验证功能预测，并开发基于模块枢纽菌（如微球菌科）的微生物接种剂。