濒危植物匙叶双盾木根际与根表微生物群落动态及其与土壤特性的关联研究

这篇综述首次系统研究了韩国天城山濒危植物匙叶双盾木（Diabelia spathulata）根表（RP）、根际（RS）和周边土（SS）的微生物群落特征。通过高通量测序（ITS/16S rRNA）揭示了根际微域显著富集Russula等真菌和Bacillus等有益细菌，其群落结构与土壤有机质（OM）、总氮（TN）和阳离子交换量（CEC）显著相关，为濒危植物-微生物互作机制及栖息地修复提供了重要依据。

　　

引言

匙叶双盾木（Diabelia spathulata）作为东亚特有濒危灌木，其韩国种群仅分布于天城山。尽管该物种具有重要的生态和观赏价值，但关于其与土壤微生物互作的研究尚属空白。本研究首次解析了该植物根际微域（RP/RS）与周边土（SS）的微生物群落结构差异，揭示了根际驱动下的微生物筛选机制及其与土壤肥力的关联。

材料与方法

采样设计覆盖天城山不同植被带（脊部/山谷），采集RP（根表附着物）、RS（根际土）和SS（距根1m外土）样本。采用PacBio Sequel IIe平台测序16S rRNA基因（27f/1492r引物）和Illumina MiSeq平台测序ITS2区（ITS86F/ITS4R引物）。土壤理化性质分析包括pH、OM、TN、CEC及交换性阳离子含量测定。数据通过QIIME 2处理，使用ANCOM-BC进行差异丰度分析，Cytoscape构建共现网络。

结果

土壤特性：RS区呈现更高的OM（9.99% vs SS 5.65%）和TN（0.35% vs 0.22%），且以粉砂黏壤土（SiCL）为主，反映根际对养分的富集效应。

微生物多样性：真菌在SS中丰富度（Chao1）显著高于RP/RS，而细菌多样性无显著差异。β多样性分析显示RP与RS群落重叠，但与SS明显分离（PERMANOVA，R²=0.32），表明根系对微生物的强筛选作用。

群落组成：

• 细菌：RP/RS富集Acidobacteriota、Proteobacteria和植物促生菌Bacillus（相对丰度增加2.1倍）、固氮菌Bradyrhizobium。

• 真菌：RP/RS以Ascomycota为主（如Russula），SS中Basidiomycota（如Umbelopsis）占优。差异分析揭示Trechispora（木质素降解）和Capronia（地衣共生）在根际显著富集。

网络分析：共现网络识别出6个功能簇，其中簇B（含Ca. Udaeobacter）和簇D（含Acidisoma）与根际密切关联，而簇A（Mortierella等）主导SS的有机质降解。

土壤-微生物关联：OM和CEC与Acidipila（r>0.6）正相关，而pH降低导致Sclerococcum丰度下降。Ca²⁺/Mg²⁺促进Nemania等真菌增殖，暗示其在矿质营养循环中的作用。

讨论

根际效应：RS区较高的OM和TN与根分泌物驱动的微生物活性相关，富集的Bacillus和Russula可能协同促进养分获取。值得注意的是，尽管Bacillus未出现在共现网络中，其独立富集模式暗示其对根际环境的特异性适应。

功能启示：根际富集的Trechispora（白腐真菌）和甲基营养菌Methylovirgula可能参与碳氮循环，而Acidisoma的耐酸性适应了匙叶双盾木偏酸（pH 4.6-5.6）的生境需求。

保护应用：本研究为濒危植物-微生物互作提供了基线数据，未来需通过分离培养验证功能菌株（如Bradyrhizobium的固氮效率），并探索微生物接种对栖息地恢复的潜力。

结论

匙叶双盾木通过根际筛选塑造了独特的微生物群落，其富集的功能类群（如分解菌、共生菌）可能缓解贫瘠土壤压力。该研究为整合微生物管理策略保护濒危物种提供了科学依据，但需警惕相关微生物功能的实验验证。