温度与降水协同调控生长季起始期塑造植物微生物组的机制研究

这篇研究揭示了寒冷生态系统中温度与降水如何通过调控生长季起始期（start of the growing season）共同影响多年生禾草Festuca rubra的根际（rhizosphere）和根内（root-associated）微生物组（microbiome）。研究发现，温度升高提前生长季起始，而降水增加则延迟其起始，两者通过改变土壤pH和苔藓覆盖（bryophyte cover）等途径，显著重塑了有机质降解菌群、植物病原-腐生菌（pathotroph-saprotrophs）及有益微生物的组成，为预测气候变化下生态系统功能稳定性提供了关键依据。

　　

引言

气候变化正在改变植物与土壤微生物群的长期互作关系，威胁生态系统功能稳定性。寒冷生态系统的变暖速度高于全球平均水平，而降水模式的同步变化可能通过复杂途径影响植物-微生物互作。本研究以多年生禾草^{Festuca rubra}为模型，探究温度与降水如何通过调控生长季起始期，重塑其根际和根内原核生物（prokaryotes）与真菌群落。

实验设计与方法

研究依托挪威南部峡湾的Vestland气候网格（12个自然草地站点），涵盖3个温度梯度（6.5°C、8.5°C、10.5°C）和4个降水梯度（600–2700 mm/年）。采集^{F. rubra}根际土壤和根系样本，通过16S rRNA和ITS扩增子测序分析微生物组成，结合结构方程模型（SEM）解析气候因子的直接与间接作用路径。

微生物群落的温度与降水响应

根际和根内微生物群落显著分离，温度单独影响根际原核生物和根内真菌，而降水仅微弱影响根际群落。原核生物在根际与根内区室间仅有17%重叠，而真菌重叠高达85%，表明真菌在植物不同区室间更具流动性。微生物共现网络分析显示，根际7个集群和根内11个集群中，温度、降水及其交互作用显著改变有机质降解菌群（如^{Actinobacteria}）和病原-腐生菌（如^Fusarium）的相对丰度。

生长季起始期的核心作用

温度升高通过加速积雪融化提前生长季起始，而降水增加通过延长积雪覆盖延迟起始期。这一联合效应通过降低土壤pH（早季起始促进硝化作用）和增加苔藓覆盖（冬季保温效应），驱动微生物群落重组。例如，早季起始导致根际栖息地泛化菌（habitat generalists）增加，而根内病原-腐生菌和促生细菌（如^Pseudomonas）富集，可能与宿主植物互作时间延长有关。

苔藓与植物群落的调控角色

苔藓覆盖作为关键中介因子，其增加（由冬季高温和积雪保温促进）抑制了根际难降解有机质分解菌的丰度。同时，温度升高通过增加阔叶草本（forbs）覆盖，降低真菌栖息地特化菌（specialists）的比例，可能导致微生物功能冗余性丧失。

生态与功能启示

研究揭示了寒冷生态系统中，气候因子通过生长季起始期和苔藓覆盖等季节性指标，优先影响微生物功能群而非单一分类单元。例如，病原-腐生菌与有益菌的同步变化可能加剧植物病害压力，而有机质降解菌的功能冗余或缓冲碳循环扰动。这些发现强调了局部气候监测（如积雪动态）对预测生态系统响应的必要性。

结论

温度与降水的协同效应通过生长季起始期和苔藓覆盖重塑植物-微生物互作，其中土壤pH和苔藓覆盖可作为易观测的生物标志物。研究为理解气候变化下寒冷生态系统稳定性提供了微生物尺度的机制解析，并指出限制气候变暖与降水波动是维护生态功能的关键。