发布日期：2024-07-05
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烟草(Nicotiana tabacum L.)在中国是一种重要的经济作物，其主要价值在于其品质和产量。连作和轮作是两种重要的烟草种植方式，对不同阶段土壤微生物群落的影响尚不清楚。为了研究不同种植方式对土壤微生物群落结构的影响，我们选择了两种具有代表性的种植方式:连作(烟草)和轮作(烟草-玉米)，探讨对土壤微生物群落的潜在影响。采用高通量测序技术，利用16S rRNA、ITS和18S基因，研究土壤微生物群落结构及其与土壤环境因子的关系。此外，应用随机矩阵理论(RMT)分子生态网络方法探讨了微生物之间的相互作用。
青海大学国家重点实验室颜珲璘于 2024 年 6 月 19 日在 Frontiers in Microbiology （IF=4.0）期刊在线发表了题为“Tobacco crop rotation enhances the stability and complexity of microbial networks”的论文，研究表明轮作的网络鲁棒性和内聚性显著高于连作，说明轮作的分子生态网络复杂性和稳定性更高，微生物群落合作更有效，群落结构更稳定。该研究与湖南农业大学胡秋龙副教授共同合作，并受的湖南省长沙烟草公司基金(CS2024KJ01)、中国烟草总公司基金(110202201027和11020210150)、国家自然科学基金(42267008)资助的支持。
图1. 原核生物、真菌和原生生物群落结构网络分析
基于随机矩阵理论(RMT)构建了6个分子生态网络(men)。使用16S rRNA、ITS和18S的测序数据构建MENs，以捕获每种处理中的相互作用轮作原核生物、真菌和原生生物群落的节点数均高于连作(原核生物:C:657 R:862;真菌:C:60 R:014;原生动物:C:239 R:318)。说明轮作条件下，生态网络更为复杂，微生物群之间的联系更为紧密。轮作网络中原核生物(77.64%)、真菌(75.38%)和原生生物(87.17%)的正相关比高于连作原核生物(57.52%)、真菌(69.33%)和原生生物(81.36%)，说明轮作可以加强微生物之间的合作关系。（图 1）。
图2. 土壤微生物群落的复杂性和稳定性. (A)微生物群落Robustness分析，其中蓝色代表连作样品，红色代表轮作样品;(B)微生物群落Cohesion分析
此外，计算了每个网络的鲁棒性和Cohesion，这些值代表了网络的稳定性。在连作(C)和轮作(R)条件下，原核生物群落C(平均0.282±0.019)低于R(平均0.310±0.018)，真菌群落C(平均0.123±0.016)低于R(平均0.135±0.023)。在原生群落中，C(平均0.249±0.053)低于R(平均0.305±0.036)，说明轮作下网络具有更高的稳定性。Cohesion分析表明，连作土壤中原核生物与原生生物的负内聚力绝对值更高，表明与轮作土壤相比，原核生物与原生生物之间的竞争更为激烈。相反，轮作土壤真菌群落的正内聚力绝对值高于连作土壤，表明真菌之间的合作关系增强。
参考文献：Yan, Huilin, Shaolong Wu, Ping Li, et al. 2024. Tobacco crop rotation enhances the stability and complexity of microbial networks, Frontiers in Microbiology, 15. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1416256
