城市化背景下水稻叶际与根际微生物组发育阶段动态组装特征及其对"同一健康"的启示

本研究针对城市化进程中土壤微生物组变化对植物微生物组的影响这一科学问题，通过分析水稻在城市化土壤中不同发育阶段（幼苗期、分蘖期和拔节期）叶际（phyllosphere）与根际（rhizosphere）微生物组的α/β多样性、共现网络和功能特征，发现发育阶段显著影响潜在动物共生/寄生菌（APS）的定植规律，其中叶际富集的拟杆菌目（Bacteroidales）与APS通过负相互作用调控微生物组组装，为理解城市农业生态系统中的微生物跨域传播提供了新视角。

　　

随着全球城市化进程加速，城市土壤微生物组正经历着前所未有的变化。这种变化不仅影响着土壤生态系统，更通过植物-微生物互作产生级联效应。特别值得注意的是，城市土壤中人类活动相关的微生物（如潜在动物共生/寄生菌APS）可能通过植物叶际进入生态系统循环，这对"同一健康"（One Health）框架下的微生物安全提出了新挑战。然而，植物发育阶段如何调控这些城市特有微生物的定植规律，以及它们如何影响整体微生物组组装，仍是未被揭示的科学盲区。

海南大学热带农林学院联合湖南省农业科学院植物保护研究所的研究团队在《Environmental Microbiome》发表的研究，首次系统解析了城市化土壤中水稻不同发育阶段叶际与根际微生物组的动态组装规律。研究人员采用城市交通路口土壤盆栽实验，通过16S rRNA基因测序（V3-V4区）结合FAPROTAX功能预测，追踪了水稻幼苗期、分蘖期和拔节期微生物组变化，并对比了田间栽培水稻的叶际微生物特征。

关键技术包括：（1）城市土壤采样与严格灭菌的水稻盆栽体系；（2）发育阶段分辨的叶际/根际样本采集与表面菌群富集技术；（3）基于SparCC算法的微生物共现网络分析；（4）潜在动物共生/寄生菌（APS）的溯源与互作解析。

【微生物组区室特异性】
研究发现叶际与根际微生物存在显著分化（PERMANOVA R²=0.675），根际具有更高的Chao1丰富度（p<0.05）。叶际独特富集35个OTUs（如拟杆菌目占46%），而根际富集219个OTUs（如酸杆菌目Acidobacteriales占22.1%）。

【发育阶段的影响】
发育阶段解释叶际23.8%和根际52%的微生物变异。随机森林模型识别出叶际关键类群：幼苗期的伯克霍尔德菌目（Burkholderiales）、分蘖期的梭菌目（Clostridiales）和拔节月的月形单胞菌目（Selenomonadales）。共现网络显示叶际微生物互作在分蘖期达到峰值（平均连接度14.93），而根际在拔节期形成最复杂网络（平均连接度36.82）。

【功能动态】
叶际APS功能在幼苗期占比最高（8.4% vs 根际2.7%），随发育阶段递减；而根际氮循环功能在拔节期显著增强。对比田间水稻发现，城市栽培水稻叶际拟杆菌目相对丰度显著升高（32.9% vs 田间1.1%），且APS富集程度达田间7.6倍。

【APS的生态作用】
冗余分析表明APS贡献叶际微生物变异的11.2%。叶际82.93%的OTUs与APS呈负相关，如OTU22（红螺旋菌目Rhodospirillales，R=-0.87）。网络分析显示去除APS会改变叶际幼苗期聚类系数，并新增假单胞菌目（Pseudomonadales）等枢纽类群。

该研究揭示了植物发育阶段是调控城市农业生态系统微生物组组装的关键因素，特别是叶际对拟杆菌目和APS的选择性富集。这些发现为理解城市环境下微生物的"土壤-植物-动物"跨域传播提供了实证依据，对评估城市农业的微生物安全风险和制定"同一健康"干预策略具有重要指导意义。研究强调需关注城市化进程中，植物作为动物相关微生物"替代宿主"的生态角色，为未来城市农业微生物组管理提供了新思路。