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科研动态

河西走廊荒漠区土壤微生物地理分布格局及驱动机制研究取得进展

作者:奈曼站   更新时间:2022-01-17

近年来研究表明,不同的微生物类群,特别是细菌和真菌,在全球范围内表现出不同的纬度、纵向和海拔多样性分布格局,但对荒漠生态系统的生物地理格局的研究仍有待提升。

中国科学院西北生态环境资源研究院李玉强团队长期致力于干旱半干旱区资源环境要素对生态系统演变的驱动机制研究。研究团队在河西走廊荒漠区东西约1000 km跨度范围内,采集75个样点的表层土壤(0-20 cm)(图1),基于第二代高通量测序平台(Illumina MiSeq PE300 Platform),结合区域气候特征和土壤理化性质,初步确定了河西走廊荒漠区土壤细菌、古菌和真核生物的多样性分布格局。结果表明,河西走廊荒漠区土壤细菌和真核生物多样性随经度和高程的增加呈线性增加,随纬度的增加呈下降趋势,而古菌多样性在地理梯度上变化不大(图2)。在细菌、古菌和真核生物群落中,部分门类的α-多样性与整体趋势并不一致,如相对丰度排名前10的细菌门中,6个门的α-多样性随海拔升高而显著增加。基于距离衰减模型(Distance-decay model)和群落相似性与环境距离(Euclidean distance)分析,地理距离和环境因素对河西走廊荒漠区土壤微生物群落组成均有影响,地理距离对土壤微生物群落组成的影响略强于环境变量(图3)。随后,基于Partial Mantel检验和方差分解(VPA)综合分析,确定土壤因子(pH、TC、TN和TC/TN)分别是驱动区域内土壤微生物群落组成的最重要环境因子。然而,地理距离和环境变量对土壤微生物群落组成的解释度有限,尤其是对古菌和真核生物群落而言,这可能暗示着某些未知的环境因子对于驱动土壤微生物群落形成起着重要作用。最后,基于共生网络分析,发现河西走廊荒漠区土壤微生物网络结构域内连接强于结构域间连接,且多为正连接(图4)。虽然细菌比古菌和真核生物形成了更多连接,但在移除古菌后会导致自然连通性显著降低,表明古菌可能是构建该荒漠区土壤微生物共生网络的核心类群(图5)。本研究揭示了河西走廊荒漠区土壤微生物群落分布格局及其驱动因素,加深人们对该区域土壤微生物多样性格局的认识,为荒漠生态系统的可持续管理提供了支持。

该成果于以Biogeographic patterns of soil microbe communities in the deserts of the Hexi Corridor, northern China为题于2022年1月17日在线发表于农林科学领域国际顶级(Top)期刊Catena(IF=5.198)上。中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站段育龙助理研究员为本文第一作者,李玉强研究员为通讯作者。该研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0305)、国家重点研发计划(2017YFA0604803)和国家自然科学基金(31971466)等项目的资助。

链接:https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106026.

图1河西走廊荒漠区地理位置和采样位点


图2细菌、古细菌和真核生物群落物种丰富度和多样性格局沿地理梯度变化的线性回归分析


图3地理距离、气候因子(MAT和MAP)和土壤变量(pH、TC、TN、TC/TN比和EC)及其相互作用解释细菌、古细菌和真核生物群落的变异分配分析

图4 河西走廊荒漠区土壤微生物群落共线性分析


图5河西走廊荒漠区土壤微生物群网络鲁棒性分析



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