含有天然稀土元素的未受扰动表层土壤中微生物群落及碳/氮/磷循环基因的宏基因组学分析

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Metagenomic analysis of microbial communities and C/N/P cycling genes in undisturbed topsoils containing natural rare earth elements

　　

摘要

目的

天然富集稀土元素 (REEs) 的土壤是研究 REEs-微生物相互作用的理想基质，然而 REEs 浓度、土壤微生物群落和生物地球化学循环基因之间的关系仍知之甚少。本研究调查了天然变化的 REEs 水平如何塑造原生表土中的土壤微生物群落以及调控碳 (C)、氮 (N) 和磷 (P) 循环的基因丰度。

方法

选定了中国东南部三个未受干扰的地点，其 REEs 浓度分别为天然高、中和低。通过地球化学分析和宏基因组测序，分析了土壤理化性质、微生物群落多样性和组成，以及功能性 C/N/P 循环基因丰度。

结果

富集 REEs 的土壤呈强酸性 (pH 4.36–4.72)。细菌和真菌群落对 REEs 的敏感性高于相对稳定的古菌群落。变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和氯屈菌门是优势细菌门，而子囊菌门和担子菌门占真菌群落的主导，古菌群落主要是广古菌门。在功能上，大多数 C/N/P 循环基因在高 REEs 条件下受到抑制，但与高亲和力磷摄取和转运系统相关的基因 (phnC, phnD, pstS, ugpA, ugpE) 除外，这些基因被上调。这些关键基因主要由 Paraburkholderia、Rhodoplanes 和 Trichoderma 属携带。

结论

本研究阐明了微生物对高 REEs 浓度的适应机制，鉴定了携带功能基因的关键分类群，并为理解土壤 - 微生物-REEs 动力学建立了基础框架。这些发现为人为土壤影响提供了见解，同时鉴定出的 REEs 耐受分类群 (例如，Paraburkholderia、Trichoderma) 显示出作为生物指示剂或接种剂的潜力，用于定向修复受 REEs 扰动的土壤。