《Frontiers in Microbiology》：Coupled N and P cycling as driven by microbial taxa and interactions
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本研究通过云南森林生态系统的自然实验场，揭示了驱动氮(N)磷(P)耦合循环的关键微生物类群及其协同互作机制。研究发现14个门水平和68个属水平的"耦合类群"同时与N、P循环变量相关，其中5个门和24个属在N-P同步变化位点显著富集。网络分析显示耦合类群网络具有更高的正负相互作用比例(6.25:1)，表明协同互作促进N-P耦合；而解耦网络中竞争性互作增强(1.92:1)，可能加剧N-P解耦。研究为环境变化下森林生态系统养分管理提供了微生物学基础。
引言
氮(N)和磷(P)作为必需营养元素，对植物生长和生态系统健康具有关键调节作用。森林生态系统中N和P常呈现异步动态，而气候变化和人为干扰加剧了这种解耦现象。微生物在N(固氮、矿化、反硝化等)和P(转化、活化)循环过程中起核心作用，但驱动N-P耦合循环的具体微生物类群及其互作机制尚不明确。
材料与方法
研究在云南中部选取35个具有不同P条件的云南松林站点，测定土壤理化性质和7个N、P循环变量。通过16S rRNA、ITS和phoD基因扩增子测序分析细菌、真菌和含phoD基因微生物群落。根据TN/TP>3和net Nmin/AP>0.16将位点划分为耦合位点(6-10和31-35)和解耦位点。
结果
微生物群落组成与养分循环关系
主坐标分析显示耦合位点的微生物群落结构显著区别于解耦位点。所有N、P循环变量和net Nmin/AP均指向耦合位点，表明这些位点存在促进N-P快速同步循环的特异性微生物类群。
驱动N-P耦合的关键微生物类群
研究发现5个耦合门类(Nitrospirota、WPS-2、Mortierellomycota、Fungi_phy_Incertae_sedis和Rozellomycota)和24个耦合属类(Candidatus Koribacter、Candidatus Solibacter、A21b等)与N、P循环变量呈显著正相关，且在耦合位点显著富集。其中7个磷酸盐溶解微生物(PSMs)同时参与N、P循环，如Gemmatimonas、Humicola等不仅与有效P和TP正相关，还与硝态N呈正相关。
微生物互作网络的差异特征
耦合类群构建的网络具有更高的复杂性(64节点，174边)和正负边比例(6.25)。潜在关键类群(WPS-2、Acidibacter、TK10等)间存在协同互作，可能通过互供底物和创造有利条件促进N-P耦合。而解耦网络正负边比例降至1.92，竞争性互作增强，如Sphingomonas(仅与N循环相关)与unclassified Subgroup_17(仅与P循环相关)间的负相互作用可能破坏养分循环平衡。
讨论
微生物类群对N-P耦合的驱动作用
Nitrospirota不仅含有硝化功能基因(amoB、nxrA)，还携带无机磷溶解基因(ppx)；WPS-2能分解有机磷且含有nifH同源基因；Mortierella可溶解难溶性磷并与异养硝化速率正相关。这些类群通过直接参与多重养分循环过程促进N-P耦合。
微生物互作对循环耦合的调控机制
协同互作表现为代谢互补：如Conexibacter利用无机磷产生丙酮酸，A21b同化丙酮酸释放磷；Conexibacter还原硝酸盐产生的亚硝酸盐可被AD3用于硝酸盐生产。这种"交叉喂养"机制强化了养分循环的功能协同。
结论
研究揭示了通过关键微生物类群富集及其协同互作促进N-P耦合的双重机制，为通过微生物调控提升森林生态系统养分利用效率提供了理论依据。未来需通过跨尺度研究验证这些模式的普适性。
