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极端干旱区荒漠灌木叶际细菌群落多样性特征
尹翔正, 姜海燕, 张俊, 罗春生, 张元明
生物多样性    2026, 34 (4): 25485-.   DOI: 10.17520/biods.2025485
摘要   (203 HTML3 PDF(pc) (1193KB)(121)  

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。



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图4 荒漠灌木叶际细菌群落结构变异的主要影响因素。(a)叶际内生细菌群落结构方程模型; (b)叶际附生细菌群落结构方程模型; 箭头旁数值为标准化路径系数, 实线表示显著效应(P<0.05), 虚线表示不显著效应(P>0.05), 红色和蓝色分别表示正效应和负效应, R2为变量解释度, GOF为模型拟合优度。(c)各变量对叶际内生细菌群落结构的标准化效应分解; (d)各变量对叶际附生细菌群落结构的标准化效应分解。*P<0.05; **P<0.01; ***P<0.001。叶片功能性状对应缩写见图3
正文中引用本图/表的段落
所有统计分析及图形生成均在R 4.4.1环境中完成, 主要依赖vegan、ape、picante、ggplot2等软件包。为评估测序深度是否充分, 绘制稀释曲线。同时, 基于ASV表绘制物种累积曲线, 以验证样本量对物种丰富度的覆盖程度。采用堆叠柱状图在门和科水平展示各样本组细菌群落的组成。
PLS-PM阐明了荒漠灌木叶片功能性状与叶际细菌群落α多样性对细菌群落结构的直接与间接影响路径。模型整体拟合优度显示, 内生与附生细菌群落结构模型的拟合值分别为0.47和0.52, 表明模型具有较好的解释力。分析结果表明, 叶片功能性状影响内生与附生细菌群落的路径存在显著差异(图4a, b)。叶片生理化学特性、叶片形态特征和细菌α多样性共同解释了叶际内生细菌群落结构变异的74%以及附生细菌群落结构变异的72%。路径分析显示, 叶片生理化学特性不仅直接显著影响内生与附生细菌的群落结构(P < 0.05), 还通过调控叶片形态特征间接影响细菌群落的α多样性, 进而作用于群落结构(P < 0.05)。此外, 叶片生理化学特性也通过叶片形态间接对细菌群落结构产生显著影响, 并通过影响细菌群落的α多样性间接作用于群落结构(P < 0.05)。总效应分析进一步表明, 叶片生理化学特性对叶际内生细菌群落结构的影响强于附生细菌群落, 而叶片形态特征对附生细菌群落结构的影响则强于内生细菌群落(图4c, d)。
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