南非半干旱区豆科植物根际土壤丛枝菌根真菌群落多样性及其与土壤因子的关联研究

本研究针对南非半干旱地区豆科植物根际丛枝菌根（AM）真菌多样性及驱动因子尚不明确的问题，通过高通量测序技术分析了11种本土豆科植物根际土壤中的AM真菌群落组成。结果表明，AM真菌丰富度和香农多样性指数在宿主间存在显著差异，但群落组成无显著地理分异；有效磷和土壤质地是影响群落结构的关键因子。该研究为半干旱生态系统中AM真菌的资源保护与可持续利用提供了重要理论依据。

　　

在南非广袤的半干旱地区，豆科植物作为生态系统中的重要组成部分，不仅具有极高的生态价值，还通过与土壤微生物的共生关系维持着贫瘠环境中的生态平衡。其中，丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhizal, AM）真菌作为关键的土壤微生物，能够显著增强植物对水分和养分的吸收能力，特别是在营养匮乏的干旱环境中发挥重要作用。然而，尽管南非被公认为生物多样性热点地区，其本土AM真菌的多样性分布及其环境驱动机制的研究仍存在明显空白。与已较为明晰的根瘤菌多样性相比，AM真菌在南非半干旱土壤中的群落特征、多样性模式及其与土壤因子的关联尚未得到系统阐释，这限制了我们对其生态功能的深入理解和可持续利用。

为解决这一科学问题，来自南非约翰内斯堡大学植物与植物生物技术系的Afolakemi Abibat Alimi等研究人员在《Scientific African》上发表了最新研究成果。该研究采用高通量测序技术，对南非两个海拔差异显著的省份——高纬度的豪登省（Gauteng）和低纬度的姆普马兰加省（Mpumalanga）中11种本土豆科植物的根际土壤样本进行AM真菌群落分析，旨在揭示其多样性组成、地理分布 pattern 以及关键土壤因子的影响。

研究团队主要运用了以下关键技术方法：自两个省份的豆科植物根际采集土壤样本，进行土壤理化性质分析；使用DNeasy PowerSoil Kit提取土壤总DNA，通过Illumina MiSeq平台对18S rRNA基因目标区域进行扩增和测序；借助QIIME2平台进行序列质控、去噪和Amplicon Sequence Variants（ASVs）聚类，并依据MaarjAM数据库完成物种注释；采用多种统计方法（包括PERMANOVA、CCA等）分析群落结构差异及其与土壤因子的关联。

研究结果方面：

AM真菌丰富度和多样性：

通过高通量测序，共获得322个（Gauteng）和335个（Mpumalanga）AM真菌ASVs。Alpha多样性分析显示，不同豆科物种间的ASV丰富度（Observed ASVs和Chao1指数）和香农多样性指数（H′）存在显著差异，而省份间无显著差异。例如，在Gauteng省，Crotalaria distans的ASV丰富度最高（74.0 ± 6.0），而Rhynchosia minima最低（28.5 ± 2.5）。

AM真菌群落组成：

在属水平上，Glomus和Claroideoglomus为两个省份所有豆科植物根际中的共有优势属，其中Glomus的相对丰度达72%–90%。尽管不同豆科物种的AM真菌群落存在一定差异，但PERMANOVA分析表明，这种差异未达到统计显著性，且省份间群落组成也无明显分异。

ASV分布：

Venn图显示，两省共享170个ASVs，而各省特有ASVs分别为152（Gauteng）和165（Mpumalanga）个。其中，Vigna unguiculata在Gauteng省拥有最多特有ASVs（73个），而Trifolium africanum在Mpumalanga省特有ASVs最多（79个）。

土壤因子与群落结构的关联：

canonical correspondence analysis（CCA）表明，土壤有效磷（P）、砂粒和黏粒含量是显著影响AM真菌群落结构的因子（P < 0.05）。这些因子共同解释了群落变异的71.6%，说明土壤理化特性在塑造AM真菌组成中起到关键作用。

论文的讨论与结论部分强调，本研究通过分子方法大幅扩充了对南非半干旱地区AM真菌多样性的认知——相较于此前形态学鉴定的20个物种，本次研究检测到657个ASVs，证明高通量测序在揭示微生物多样性方面的优势。尽管不同豆科宿主对AM真菌的丰富度和香农多样性有显著影响，但未表现出严格的宿主特异性，群落组成在物种间和地理区间均无显著差异，表明该地区可能存在一个核心的AM真菌群落。这一发现与AM真菌广谱共生特性相吻合。此外，土壤有效磷和土壤质地（砂粒与黏粒比例）是驱动群落结构变化的关键环境因子，这与AM真菌在低磷环境中的生态适应性及孢子在不同土壤类型中的扩散与存活机制有关。

该研究不仅填补了南非半干旱生态系统AM真菌多样性数据的空白，也为后续保育策略制定、菌根真菌资源开发利用以及退化生态系统的微生物辅助修复提供了科学依据。特别是在全球气候变化背景下，理解AM真菌如何响应土壤环境变化，对维持半干旱地区植物生产力和生态系统稳定性具有长远意义。