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极端干旱区荒漠灌木叶际细菌群落多样性特征
生物多样性
2026, 34 (4):
25485-.
DOI: 10.17520/biods.2025485
叶际微生物对宿主植物健康至关重要, 但极端干旱区荒漠灌木叶际内生与附生细菌群落的多样性特征及构建的环境机制尚不清楚。本研究以新疆吐鲁番的6种典型荒漠灌木为对象, 通过16S rRNA基因多样性分析, 并结合主坐标分析、变差分解、结构方程模型及零模型等统计方法, 系统分析了叶际内生与附生细菌群落的多样性特征、影响因素及群落构建机制。结果表明, 6种典型荒漠灌木的叶际附生细菌群落多样性在不同植物物种间存在显著差异(P < 0.05), 而内生细菌群落多样性在不同植物物种间差异不显著(P > 0.05)。此外, 叶际细菌群落的多样性在叶片表面(附生)与内部(内生)之间存在显著差异, 且内生细菌群落的Shannon指数与Pielou均匀度指数均显著高于附生细菌群落(P < 0.05)。变差分解分析结果显示, 叶片生理对叶际内生细菌群落的独立解释度(35.10%)显著高于叶片形态(13.42%)和叶片养分(0.62%), 而叶片形态对叶际附生细菌群落的独立解释度(32.75%)显著高于叶片生理(6.75%)和叶片养分(0.52%)。结构方程模型分析结果显示, 无论是叶片表面还是内部, 叶片生理化学特性不仅直接作用于细菌群落结构, 还通过叶片形态特征间接影响细菌群落结构; 同时, 叶片形态特征也可通过作用于细菌群落的α多样性间接影响其群落结构。零模型分析表明, 随机性过程在叶际附生(66.67%-93.33%)与内生(80.00%-100.00%)细菌群落的构建中占主导地位, 生态漂变是两者构建的驱动力。本研究揭示了极端干旱区荒漠灌木叶际附生细菌群落多样性主要受植物物种身份和叶片形态塑造, 且物种间差异显著; 而内生细菌群落的多样性则主要受叶片生理特性驱动, 物种间差异不显著。此外, 随机性过程(特别是生态漂变)在两类群落的构建中均起主导作用。这些发现为理解全球气候变化背景下脆弱荒漠生态系统的生物多样性维持机制提供了新的理论视角。 ![]() View image in article
图2
基于Bray-Curtis距离的不同荒漠灌木叶际细菌群落结构主坐标分析(PCoA)。(a)叶片微生境对叶际细菌群落结构的影响; 植物物种身份对叶际内生(b)和附生(c)细菌群落结构的影响; 植物属身份对叶际内生(d)和附生(e)细菌群落结构的影响。图中虚线椭圆表示基于95%置信区间的组内数据分布范围。
正文中引用本图/表的段落
基于PERMANOVA的群落结构分析进一步表明, 叶际细菌群落组成在内生与附生生境间存在极显著差异(R2=0.40, P < 0.001; 图2a)。在植物宿主身份的影响方面, 叶际附生细菌群落组成在种水平(R2=0.78, P < 0.001)和属水平(R2=0.74, P < 0.001)上均呈极显著差异, 且种水平的解释度更高(图2c, e); 相比之下, 内生细菌群落组成在宿主的种及属水平间均未表现出显著差异(P > 0.05; 图2b, d; 附录8)。
叶际是微生物存活的特殊生境, 其群落构建受生境异质性与宿主特性的共同调控。研究表明, 由于养分可利用性、温湿度及物理屏障等微环境差异, 叶际微生物在内生与附生两种微生境中常呈现显著的群落变化(Wei et al., 2022)。在葡萄(Vitis vinifera) (Liu & Howell, 2021; Knapp et al., 2021)和苹果(Malus domestica) (Abdelfattah et al., 2021)以及橡胶树(Hevea brasiliensis)等经济树种(Wei et al., 2022)中, 不同组织部位的微生物组成均表现出明显的生境差异。本研究在荒漠灌木中也发现, 叶际细菌的α多样性(P < 0.05; 图1)及群落结构(R2 = 0.40, P < 0.001; 图2a)在叶际微生境间存在显著差异, 进一步验证了研究假设。此外, 叶际附生细菌群落的多样性与相对丰度均显著高于内生细菌, 这与部分木本植物的研究结果一致(Mina et al., 2020), 但与某些草本植物中观察到的趋势不同(Bodenhausen et al., 2013)。这种差异可能与植物功能型(木本vs.草本)在叶片结构、次生代谢物分泌及与微生物互作策略上的区别有关, 也可能源于叶表微环境的生境异质性与资源分配差异(Demarquest & Lajoie, 2023), 值得在未来开展系统性比较研究。
本文的其它图/表
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