《Microorganisms》：Mechanisms of 915 MHz Microwave Thermal Treatment on Physicochemical Properties and Microbial Communities in Sugarcane Continuous Cropping Soil
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作为一种广泛分布于中国西北干旱地区的特有木本植物资源，沙棘（*Hippophae rhamnoides* subsp. *sinensis* Rousi）兼具生态和药用价值。阐明气候和土壤条件对其根际细菌群落的组成、结构及功能的影响，对于在该水资源有限地区开发
作为一种广泛分布于中国西北干旱地区的特有木本植物资源，沙棘（*Hippophae rhamnoides* subsp. *sinensis* Rousi）兼具生态和药用价值。阐明气候和土壤条件对其根际细菌群落的组成、结构及功能的影响，对于在该水资源有限地区开发利用这些本土植物资源具有实际意义。本研究从中国西北干旱区的12个采样点采集了沙棘的根样本。研究人员采用高通量扩增子测序（high-throughput amplicon sequencing）技术检测细菌组成、α与β多样性、分子共现网络（molecular co-occurrence networks）以及基于PICRUSt的功能预测，并进一步应用Mantel检验和冗余分析（redundancy analysis，RDA）来识别与细菌群落结构塑造相关的因素。主要结果概括如下：（1）不同采样点间的ASV（amplicon sequence variant，扩增子序列变异）数量差异显著，P8采样点数量最高（435个），P5采样点最低（156个）。群落中的优势门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和蓝细菌门（Cyanobacteria）。（2）12个采样点的α和β多样性均表现出显著分化。P8采样点的Ace和Chao1指数最高，P5采样点最低。在群落聚集方面，P7和P12采样点显示出更紧密的聚类，而P4和P5采样点的细菌组合则更为分散。（3）功能预测表明，代谢（Metabolism）、环境信息处理（Environmental Information Processing）和遗传信息处理（Genetic Information Processing）的功能潜力在所有12个采样点中可能均占主导地位。环境信息处理功能潜力的丰度在P9采样点高于其他11个采样点，而遗传信息处理功能潜力则较低。（4）聚类分析将12个采样点分为两组：P10、P11和P12采样点归为第1组，其余9个采样点归为第2组。（5）RDA揭示，海拔（altitude）与沙棘根内生细菌群落结构的塑造相关，其次为土壤全氮（soil total nitrogen, STN）。综合而言，本研究中调查和采样的沙棘种群主要分布于中性至碱性干旱土壤中。相关环境因子与该物种根内生细菌的α多样性模式显著相关，并可调节这些根内生细菌的群落组装过程、功能分配特征及共现网络结构。
**论文解读：沙棘根内生细菌群落结构与环境因子的关联机制**
**研究背景**
中国西北干旱区气候与土壤的空间异质性显著影响植物群落的重组，进而驱动根系内生细菌群落的结构响应。植物及其根内生微生物的群落特征不仅是对环境条件的适应性表现，也反映了双方在环境变化下生活史策略的方向性调整，对维持生态系统功能具有深远意义。已有研究表明，沙棘根内生真菌群落结构变异主要受区域电导率和海拔调控；沙棘根际土壤微生物分析显示，海拔和土壤含水量是驱动根际细菌群落组成和结构分化的核心环境因子；西北干旱区不同生境的野外调查进一步证实，土壤养分、水分状况及盐碱性质的联合效应共同决定了当地植物根际微生物群落的空间变异格局。然而，针对沙棘根内生细菌群落结构的系统研究仍属空白。为此，本研究以中国西北干旱区12个天然沙棘种群为对象，结合高通量测序、土壤理化性质测定及气候数据收集，解析其根内生细菌群落结构与功能的分化规律，并识别驱动群落变异的关键环境因子，旨在为沙棘在干旱区植被恢复与生态屏障建设中的应用提供微生物学理论基础。
**主要技术方法**
研究人员于2023年7月中旬至8月初，在中国青海、甘肃、新疆三省（区）共设立12个样地（采样点）。采用标准Riley–Barber根际土壤采样法收集沙棘根际土壤，并同步采集沙棘根系样本。使用无菌操作对根系进行表面消毒，验证消毒效果后，提取根样本DNA，扩增细菌16S rRNA基因V4区（引物515F/806R），在Illumina MiSeq平台进行PE300模式高通量测序。基于QIIME 2软件进行序列降噪、ASV聚类及物种注释，利用PICRUSt软件预测功能潜力，采用Mantel检验和冗余分析（RDA）分析环境因子与群落结构的关系。
**研究结果**
**3.1 16S测序质量与ASV丰度变异**
测序稀释曲线趋于平缓，覆盖度达95%以上，表明测序深度充分。12个采样点间ASV分布差异显著：P8采样点ASV数量最高（435个），P5最低（156个），共有23个ASV在所有采样点稳定存在，构成核心群落组分。
**3.2 物种组成与相对丰度变化**
门水平上，优势菌门为变形菌门（19.60%–89.96%）、放线菌门（4.86%–67.56%）和蓝细菌门（0.04%–39.80%）。P1、P4–P9采样点以变形菌门为主，P2、P10–P12以放线菌门为主，P2采样点蓝细菌门突出。属水平上，沙雷氏菌属（*Serratia*）、弗兰克氏菌属（*Frankia*）、未鉴定叶绿体、原小单孢菌属（*Promicromonospora*）、假单胞菌属（*Pseudomonas*）、异根瘤菌-新根瘤菌-副根瘤菌-根瘤菌复合群、链霉菌属（*Streptomyces*）和诺卡氏菌属（*Nocardia*）为丰度较高的8个属。
**3.3 LEfSe分析**
LEfSe分析（LDA>4.0）共鉴定出12个预测生物标志物：P3（原小单孢菌属，LDA=5.00）、P4（黄杆菌属，LDA=4.25）、P5（欧文氏菌属，LDA=4.57）、P6（芽孢杆菌属，LDA=4.81）、P7（假单胞菌属，LDA=5.42）、P10（沙雷氏菌属，LDA=4.93）、P11（诺卡氏菌属，LDA=4.95）、P12（链霉菌属，LDA=5.31）。
**3.4 细菌群落多样性分析**
α多样性：P8采样点的ASV数量、Ace和Chao1指数最高，P5最低；P1采样点的Shannon指数最高（3.78），P9采样点的Pielou指数最高（0.71），均显著高于P10。β多样性（PCoA）：基于Bray–Curtis距离，P7和P12采样点组内聚集最紧密，P4和P5组内离散度最大；PC1和PC2分别解释18.46%和10.76%的变异。
**3.5 共现分子网络变异**
网络包含506个节点、1812条边，平均度7.16，平均路径长度3.71，网络密度0.014，聚类系数0.58。边连接以正相关为主。变形菌门（53.36%）和放线菌门（38.54%）在度数和紧密中心性上排名第一，占据网络核心位置。
**3.6 功能预测**
PICRUSt预测显示，一级功能中代谢功能潜力占主导（47.24%–56.02%），其次为环境信息处理（14.54%–19.14%）、遗传信息处理（13.01%–15.63%）和未分类功能（11.89%–14.96%）。二级功能中膜转运（Membrane_Transport）、氨基酸代谢（Amino_Acid_Metabolism）和碳水化合物代谢（Carbohydrate_Metabolism）潜力最高。三级功能中转运蛋白（Transporters）、ABC转运蛋白（ABC_transporters）和仅一般功能预测（General_function_prediction_only）潜力最高。
**3.7 聚类分析**
基于门水平相对丰度的UPGMA聚类，在聚类距离0.47处将12个采样点分为两组：第1组包括P1–P9，第2组包括P10–P12。第1组进一步分为两个亚组。
**3.8 环境因子与群落多样性的耦合关系**
Mantel检验显示，沙棘根内生细菌的Shannon、Simpson和Pielou指数均与土壤速效钾（SAK）显著相关（p<0.05）。RDA分析表明，海拔（ALT）解释率为7.0%，贡献率18.2%，是影响根内生细菌群落多样性的首要环境因子；土壤全氮（STN）解释率6.0%，贡献率15.6%，为次要因子。
**讨论与结论**
讨论部分指出，不同采样点土壤理化及地理气候条件的分化与根内生细菌群落组成和结构的分化相对应。P8采样点ASV数量最高，可能与干旱碱性土壤促进沙棘与内生细菌的互惠共生有关；低氮环境可能诱导沙棘根系分泌有机物质招募固氮菌群。优势菌门高度一致，但丰度受土壤含水量等因子筛选。共现网络以正相关为主，反映细菌间的协同响应。功能预测显示代谢功能占主导，环境信息处理功能在P9采样点最强，遗传信息处理功能最弱，可能与恶劣生境限制营养有关。Mantel检验和RDA共同确认海拔和土壤全氮是塑造群落结构的关键因子。
**结论**：
（1）12个采样点间细菌ASV数量差异显著，P8最高（435），P5最低（156）；P8的Ace和Chao1指数最高，P5最低。（2）变形菌门、放线菌门、蓝细菌门、厚壁菌门（Bacillota）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势类群，变形菌门相对丰度均超过18%。（3）PICRUSt功能预测表明代谢、环境信息处理和遗传信息处理功能潜力在各采样点占比较高，P9采样点环境信息处理潜力最强，遗传信息处理潜力较弱。Bray–Curtis聚类将P10–P12归为一组，其余9个采样点归为另一组。（4）RDA显示海拔和土壤全氮通过气候与土壤因子的协同作用共同塑造根内生细菌群落的α多样性及门/属水平丰度分布。
