中大新聞網(wǎng)訊（通訊員李文均）干旱、半干旱荒漠區(qū)約占地球陸地總面積的41%，承載著30%以上的世界人口，是對于氣候變化和人類活動影響最敏感的地區(qū)之一。我國也是荒漠化程度嚴(yán)重的國家，荒漠區(qū)占我國國土面積約45%。荒漠區(qū)微生物在維持全球生物地球化學(xué)循環(huán)、影響氣候和應(yīng)對全球環(huán)境變化方面發(fā)揮著重要作用。然而，對我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)中的微生物群落多樣性，地理分布格局，群落構(gòu)建過程及其驅(qū)動機(jī)制，目前研究依然知之甚少。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均課題組董雷等人前期在我國西北荒漠主要分布區(qū)，包括八大沙漠（塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、庫姆塔格沙漠、柴達(dá)木盆地沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠）及其周邊區(qū)域進(jìn)行了大規(guī)模的野外樣品采集工作（圖1a），測定了其生物及非生物參數(shù)指標(biāo)，并利用高通量測序技術(shù)獲取不同微生物類群（細(xì)菌、真菌、原生生物）的序列信息。通過耦合氣候、地理、理化參數(shù)和物種組成等信息，以探尋不同干旱程度的荒漠生態(tài)系統(tǒng)（極端干旱荒漠、干旱荒漠、半干旱荒漠）中各微生物類群的地理分布特征，響應(yīng)規(guī)律及驅(qū)動其群落構(gòu)建的內(nèi)在、外在因素。
結(jié)果顯示，不同干旱模式（半干旱、干旱和極端干旱）導(dǎo)致沙漠生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境異質(zhì)性發(fā)生了明顯變化，不同微生物類群也呈現(xiàn)不同的地理分布格局（圖1b）。同時，微生物多樣性也隨著干旱度的增加而減少（圖1c），且環(huán)境異質(zhì)性也對不同干旱生態(tài)系統(tǒng)下微生物多樣性的影響很大。
圖1. 采集樣點(diǎn)示意圖及微生物多樣性
進(jìn)一步利用典范對應(yīng)分析法（CCA）比較不同沙漠生態(tài)系統(tǒng)下細(xì)菌、真菌和原生生物的多樣性與環(huán)境異質(zhì)性/土壤理化性質(zhì)的關(guān)系。細(xì)菌和原生生物具有類似的分布格局，即在半干旱和干旱荒漠中相對聚集，并與極端干旱荒漠明顯區(qū)分開來。真菌則在不同荒漠中均有較大的差異（圖2）。有趣的是，通過耦合主要類群相對豐度與干旱度數(shù)值的相關(guān)性，我們研究發(fā)現(xiàn)區(qū)分極端干旱和干旱生態(tài)系統(tǒng)的閾值0.8也是大多類群相對豐度變化的拐點(diǎn)值。某些真菌（如糞殼菌綱）和原生生物（纖毛亞門）的豐度則隨著干旱程度的增加而升高（圖2），表明這些微生物可能具有耐受極端干旱環(huán)境壓力的能力。
圖2. 各微生物類群主要驅(qū)動因子及Top10豐度類群隨干旱程度的變化趨勢
此外，微生物群落組裝過程分析表明細(xì)菌的群落構(gòu)建主要受同質(zhì)化選擇的影響，而真菌和原生生物則主要受擴(kuò)散限制模式的驅(qū)動。共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析顯示，極端干旱和干旱條件下的細(xì)菌和真菌群落更加緊密，與原生生物相比，它們之間的正相關(guān)性更高，原生生物群落則在半干旱條件下表現(xiàn)出更緊密的互作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)（圖3）。
圖3. 不同荒漠生態(tài)系統(tǒng)中各微生物群落的共現(xiàn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)
圖4. 不同微生物類群的群落構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型
綜上所述，本研究通過多種證據(jù)揭示了我國不同荒漠生態(tài)系統(tǒng)下生境專一化對微生物（細(xì)菌、真菌和原生生物）群落多樣性、組成、組裝模式和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的影響（圖4），為進(jìn)一步的分離培養(yǎng)目標(biāo)微生物類群及應(yīng)用基礎(chǔ)研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
近日，該成果以“Aridity drives the variability of desert soil microbiomes across north-western China”為題在國際環(huán)境科學(xué)期刊Science of the Total Environment上發(fā)表，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院董雷特聘副研究員為文章第一作者，李文均教授為通訊作者，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為第一署名單位。本課題研究得到國家自然科學(xué)基金、第三次新疆科學(xué)考察計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。
