《Microbial Ecology》：Rare Microbial Taxa Dominate the Microecological Landscape of Cadmium Exposure in Rice Rhizosphere
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本研究针对土壤镉污染威胁水稻安全生产的突出问题，系统解析了镉梯度处理下水稻根际微生物群落的响应规律。研究发现稀有真菌类群通过"低促高抑"模式主导微生态变化，在低镉浓度下显著提升群落多样性、增强网络互作，并通过确定性过程驱动群落构建。该研究为利用稀有微生物资源开展镉污染生物修复提供了新视角。
随着工业化和农业的快速发展，稻田土壤镉污染问题日益严重，对整个生态系统的完整性构成威胁。镉通过复杂动态的食物链传递，对人类健康产生严重影响。传统的物理化学修复方法成本高、效率低，因此探索通过调控土壤微生物群落来实现生物修复具有重要意义。水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其根际微生物群落与植株的抗逆性密切相关，但在镉梯度胁迫下，不同丰度微生物类群的响应差异及其机制尚不明确。
在这项发表于《Microbial Ecology》的研究中，研究人员通过盆栽实验，系统分析了镉梯度处理下水稻根际细菌和真菌群落的多样性、组成、共现网络结构和组装过程，特别关注了稀有类群的响应模式和生态功能。研究发现镉暴露显著抑制水稻生长，其中根系发育受抑制程度明显高于地上部，且根系镉积累量显著高于茎叶组织。随着镉浓度升高，水稻植株丙二醛含量显著增加，超氧化物歧化酶活性升高，表明细胞膜脂质过氧化加剧和氧化应激防御机制的激活。
研究采用的主要技术方法包括：盆栽实验设计（设置0、2.5、5、15 mg kg-1四个镉浓度梯度），水稻生长生理指标测定（株高、根长、生物量、抗氧化酶活性、镉积累量），根际土壤样品采集，DNA提取和高通量测序（细菌16S rRNA基因V3-V4区和真菌ITS1区），以及微生物群落分析（α多样性、β多样性、共现网络构建和零模型分析）。
Changes in bacterial and fungal diversity in rice rhizosphere induced by Cd gradient treatment
研究人员发现镉浓度对细菌和真菌群落的α多样性产生不同影响。真菌类群对镉处理更为敏感，低镉和中镉处理显著增加了总真菌和稀有真菌类群的Chao1指数。主坐标分析结合PERMANOVA分析表明，镉处理显著影响细菌和真菌群落的β多样性，其中稀有真菌类群可能是响应镉胁迫的关键微生物群体。
Cd gradient treatment has a significant impact on the species composition of bacteria and fungi in the rice rhizosphere
在门水平上，变形菌门相对丰度随镉浓度增加而持续上升，而酸杆菌门和绿弯菌门在低镉处理时短暂富集。在属水平上，稀有细菌类群中的Candidatus Solibacter、Haliangium和TK10以及稀有真菌类群中的Talaromyces、Acremonium和Penicillium在低镉和中镉处理下呈现"低中促高抑"的单峰变化模式。
Effects of Cd gradient treatment on the topological structure of bacterial and fungal networks in rice rhizosphere
网络拓扑结构分析显示，镉浓度对细菌和真菌网络的节点数、边数等拓扑特征产生显著影响。低镉处理显著增加了细菌和真菌网络的复杂性，其中稀有类群对网络复杂性的贡献最大，特别是稀有类群间的共存关系显著增加。在高镉处理下，真菌在网络中的重要性更加突出。
Cd gradient treatment affects the assembly process of bacteria and fungi in the rice rhizosphere
通过零模型分析发现，随机过程主要影响细菌和真菌的丰富类群组装，而稀有类群主要受确定性过程中的同质化选择主导，尤其是稀有细菌类群。这种组装模式的差异反映了不同丰度微生物类群对镉胁迫的适应策略不同。
研究结论表明，稀有类群以"低促高抑"的响应模式主导了水稻根际镉暴露的微生态景观。低镉浓度下，稀有真菌类群的多样性显著增加，稀有属如Candidatus Solibacter和Penicillium显著富集。镉处理对细菌和真菌网络的节点和边数呈现单峰效应，具有低浓度促进、高浓度抑制的特点。在微生物群落组装过程中，随机过程主要主导丰富类群的组装，而稀有类群主要受确定性过程调控。
该研究的创新之处在于系统揭示了稀有微生物类群在镉胁迫下的核心作用，为理解重金属污染下土壤微生态的调控机制提供了新视角。研究发现稀有类群可作为镉污染的早期"哨兵"，驱动整个群落结构的早期变化，在土壤生态系统多功能性恢复中发挥重要作用。这些发现为农业生态系统中镉污染的高效低成本治理提供了理论依据，对推动农业可持续发展具有重要意义。未来的研究将通过田间试验验证盆栽实验结果，并利用功能验证 assay 阐明核心稀有类群响应镉暴露的分子机制，为镉污染农田土壤的生物修复提供更直接的技术支撑。
