探寻温带农田土壤黏菌群落:秸秆周转的关键影响与生态新发现

时间:2025年4月23日
来源:Applied Soil Ecology

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土壤黏菌在生态系统中意义重大,但农田土壤黏菌相关研究匮乏。研究人员对吉林玉米地土壤开展研究,用高通量测序和两对引物检测黏菌群落。发现不同种植模式下 β 多样性差异显著,其群落结构受多种土壤性质影响,为研究黏菌生态提供新视角。

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在奇妙的微生物世界里,黏菌(Myxomycetes)作为独特的存在,一直吸引着众多科研人员的目光。黏菌是变形虫状的真核生物,有着有趣的生命周期,包括营养阶段和产生孢子的子实体阶段,大多数用肉眼就能看到。它们在土壤原生生物群落中占据重要地位,以捕食真菌、细菌等微生物为生,是土壤微食物网结构的关键组成部分,对维持土壤生态平衡起着不可替代的作用。
然而,目前关于黏菌的研究存在不少问题。以往研究多聚焦于其分类、系统发育和微生境,且常基于子实体的形态特征。而且,现有研究大多集中在容易出现黏菌子实体的生境,比如森林等地,对于那些通常不形成子实体的生境,像水生环境或腐烂有机物含量低的陆地生境,黏菌的分布情况几乎无人研究。此外,由于缺乏通用的黏菌基因条形码,研究对象主要是暗孢黏菌,土壤黏菌的全貌至今仍未被完全揭示。在农田生态系统方面,以往对土壤微生物的研究重点多在真菌(Fungi)和细菌(Bacteria)上,对土壤黏菌与秸秆残留周转之间的关系了解甚少。

为了填补这些研究空白,来自中国吉林省的研究人员挺身而出。他们以吉林省四平市梨树县的黑土玉米地为研究区域,这里土壤平坦肥沃,气候属于温带大陆性季风气候。研究人员选择了两种不同的种植模式,即常规秸秆种植模式(CT 种植)和另一种种植模式(文中未详细说明,暂称 MS 种植),并采集了 30 份土壤样本。通过高通量扩增子测序技术,利用两对分别针对亮孢(Trichiales)和暗孢(Physarales/Stemonitales)黏菌主要目的引物,首次深入探究了农田土壤黏菌的群落组成和结构,相关研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上。

在这项研究中,研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是高通量扩增子测序技术,它能够对土壤样本中的黏菌基因进行大规模测序,从而获取丰富的基因信息,帮助研究人员分析黏菌的群落组成。二是使用特定的引物对,如 S3b/S31R 用于检测暗孢黏菌,SFAtri/SRZtri 用于检测亮孢黏菌,通过针对性的引物扩增,提高了对不同类型黏菌检测的准确性 。

研究结果如下:

  • 黏菌种类发现:使用引物 S3b/S31R,研究人员鉴定出 198 个暗孢黏菌(即孢子团为棕色至黑色)的操作分类单元(OTUs);使用引物 SFAtri/SRZtri,鉴定出 108 个亮孢(孢子团颜色鲜艳)黏菌的 OTUs。这表明农田生态系统也是黏菌的重要栖息地。
  • 种植模式影响:不同种植模式下,黏菌群落的 β 多样性存在显著差异。这意味着不同的种植方式会改变黏菌群落的结构和组成。
  • 土壤性质关联:黏菌群落结构对土壤中的总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)、水溶性有机碳(WSOC)这四种性质敏感,且影响显著。其中,CT 种植模式下的 TN、总碳(TC)、TP、OM 和速效钾(AK)的浓度高于 MS 种植模式,而 MS 种植模式下 WSOC 的含量更高。

研究结论和讨论部分意义重大。该研究首次通过互补引物策略,对农田土壤中主要的暗孢和亮孢黏菌目进行了 DNA 代谢条形码研究。研究区域从未发现过黏菌子实体,但研究数据揭示了与地上微生境中通过子实体观察到的不同的土壤黏菌生态位。这些发现为深入了解土壤黏菌的生态特征提供了新的视角,有助于进一步探究黏菌在农田生态系统中的作用,为农田土壤生态系统的管理和优化提供了理论依据,也为后续相关研究奠定了基础 。

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