环境微生物专栏 | 近期重要期刊最值得看的研究进展盘点（20210609）

The ISME Journal

科研| The ISME Journal：盐诱导的具有提高植物对盐胁迫适应性能力的特定根系共生菌群的招募

本文由公子小白编译

  中国农业大学园艺学院田永强与高丽红等人于2021年4月19日在The ISME Journal发表题为《Salt-induced recruitment of specific root-associated bacterial consortium capable of enhancing plant adaptability to salt stress》的文章，本研究测量了盐敏感（SSs）和耐盐（SRs）植物根际和内生细菌的组成及其在有/无盐土壤条件下的变化。分离盐诱导的RDB（包括根瘤菌和内生菌），研究它们对SSs和SRs对盐胁迫的生理响应的影响。证实了盐诱导RDB在提高植物对盐胁迫的适应性中的重要作用。

摘要：盐分是威胁作物生产的主要非生物胁迫。根源细菌（RDB）被认为在提高植物对各种胁迫的适应性方面起着重要作用。然而，目前还不清楚植物在受到盐分胁迫时是否以及如何产生特定的RDB。在本研究中，我们测量了盐敏感（SSs）和耐盐（SRs）植物根际和内生细菌的组成及其在有/无盐土壤条件下的变化。分离盐诱导的RDB（包括根瘤菌和内生菌），研究它们对SSs和SRs对盐胁迫的生理响应的影响。此外，我们还研究了盐诱导RDB在提高植物对盐胁迫的适应性方面是否存在功能冗余。我们观察到，尽管SSs和SRs在受到盐胁迫时招募了不同的RDB和相关功能，但盐诱导的特定RDB的招募导致了植物的持续生长促进，而不管它们的耐盐能力如何。植物采用一种特定于物种的策略，在根际而不是在内源中吸收有益的土壤细菌。此外，我们还证明了盐诱导RDB的联合体而不是单个成员对盐胁迫具有持久的抵抗力。本研究证实了盐诱导RDB在提高植物对盐胁迫的适应性中的重要作用。植物根系中的盐分胁迫导致特定的根系相关细菌联合体（BC）的产生，从而提高植物对盐胁迫的适应性。虽然SR植物比SS植物对盐分的适应能力更强，但盐诱导BC提高了植物的耐盐性，而与植物的耐盐能力无关。作为一个联合体，根际（Rh）或内胚层（En）中的盐诱导细菌对植物是有益的，因为它们共同诱导对盐的抗性，同时也促进植物生长。这些发现一起提供了在植物遭受非生物胁迫时，深入洞察胁迫诱导招募特定的根相关细菌潜在的功能意义。

原名：Salt-induced recruitment of specific root-associated bacterial consortium capable of enhancing plant adaptability to salt stress

译名：盐诱导的具有提高植物对盐胁迫适应性能力的特定根系共生菌群的招募

期刊：The ISME Journal

IF：9.180

发表时间：2021.04.19

通讯作者：田永强、高丽红

通讯作者单位：中国农业大学园艺学院

DOI号：10.1038/s41396-021-00974-2

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-00974-2

科研| ISME Journal：一组稀有微生物与可遗传的优势内生真菌相互作用对植物性状表达的影响

本文由丁丁猫编译

  美国怀俄明大学植物学系Joshua G. Harrison等人于2021年3月31日在ISME Journal发表题为《A suite of rare microbes interacts with a dominant, heritable, fungal endophyte to influence plant trait expression》的文章。本研究基于微生物定殖再通过田间试验的方式进行，通过对宿主植物的特征观测，结合高通量测序，探讨了植物内生真菌对宿主和共生微生物的影响。研究发现宿主定殖稀有内生真菌后会使体积变小，叶片含氮量减少，而Alternaria fulva能减小稀有内生菌和病原菌对寄主的影响。

摘要：植物内生菌是指那些在其生活史的一定阶段或全部阶段生活在植物组织内部的微生物。内生菌群落通常由众多分类群和许多稀有类群组成。目前，大多数内生菌影响宿主表型的方式尚不清楚；然而，部分优势内生菌能够以有生态意义的方式来影响植物——包括影响植物生长和增强免疫反应。相较之下，稀有内生菌的作用还待探索，并且它与普通内生菌间的相互作用也未知。在这里，我们通过处理包括一组罕见的叶内生菌（包括真菌和细菌）和Alternaria fulva——一种存在于豆科植物Astragalus lentiginosus中垂直传播的优势真菌来进行试验。我们报道了当优势内生真菌（A. fulva）不存在时，低生物量的稀有内生菌会对寄主大小和叶片含氮量带来负面影响。A. fulva同样会缩减植株大小和氮含量，但这些对宿主的不利影响可以由它与叶面病原体间的显著拮抗作用得到补偿。这些结果在非作物或非草生境中使用试验操作来证明类群之间的相互作用决定了植物内生微生物群落组合对其宿主的净效应是不寻常的。我们认为，植物叶片中无数罕见的内生菌可能不仅仅是无关紧要的共生生物，它们是有重要意义的生态角色。

关键词：植物内生菌、植物性状、紫云英属（Astragalus）、疯草、苦马豆素、微生物生态学

原名：A suite of rare microbes interacts with a dominant, heritable, fungal

endophyte to influence plant trait expression

译名：一组稀有微生物与可遗传的优势内生真菌相互作用对植物性状表达的影响

期刊：ISME Journal

IF：9.180

发表时间：2021.3.31

通讯作者：Joshua G. Harrison

通讯作者单位：美国怀俄明大学植物学系 

DOI号：10.1038/s41396-021-00964-4

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-00964-4

SBB

科研| Soil Biology and Biochemistry：阿塔卡马干旱沙漠土壤中微生物的反硝化潜力

本文由耗子编译

   中国科学院南京土壤研究所陈瑞蕊研究员等人于2021年4月10日在Soil Biology and Biochemistry发表题为《Microbial potential for denitrification in the hyper-arid Atacama Desert soils》的文章，本研究通过智利帕波索附近五个不同海拔高度样地所代表的三个干旱梯度样地的实验设计，结合同位素技术、定量聚合酶链式反应（qPCR）、高通量测序及培养实验对阿塔卡马干旱沙漠这一极端环境土壤的反硝化速率、微生物群落组成与反硝化相关功能基因丰度、N₂O的来源进行研究。研究结果对评估阿塔卡马地区微生物介导的硝酸盐损失程度具有重要借鉴意义。

摘要：智利阿塔卡马干旱沙漠土壤含有世界上已知最大的硝酸盐沉积物。它们也代表陆地生物圈中微生物生存的最恶劣环境之一。尽管阿塔卡马沙漠以干旱闻名，但在过去的五年里，几次导致局部山洪暴发的暴雨事件袭击了阿塔卡马沙漠核心地区。目前，这些土壤是否能支持微生物反硝化作用还尚不清楚。为了回答这一问题，我们于阿塔卡马沙漠地区沿干旱梯度进行采样，并使用He/O₂自动化连续流动分析仪进行培养实验。模拟了四次连续的极端天气事件对土壤N₂O和N₂排放的影响，包括（1）添加水，（2）添加NO₃^-，（3）添加不稳定碳，（4）耗氧。¹⁵N-N₂O同位素分析进一步检测了N₂O的来源。结果显示，添加水和NO₃^-后不久，N₂O排放量极低，而在添加活性碳 (葡萄糖) 后N₂O和N₂排放量明显增高。在缺氧条件下，N₂排放量急剧增加，N₂O排放量则减少，表明所有样点均有完全反硝化的潜力。尽管干旱程度的增加显著降低了土壤细菌丰富度，但微生物的反硝化潜力和相关功能基因【如周质硝酸盐还原酶基因（napA）、膜结合硝酸盐还原酶基因（narG）、细胞色素cd1型亚硝酸还原酶基因（nirS）、亚硝酸还原酶基因（nirK）、一氧化氮还原酶基因（cnorB，qnorB）和一氧化二氮还原酶基因（nosZ）】的丰度并未受到影响。基于双端元模型的N₂O中¹⁵N位置偏好值显示，在干旱程度较低的样点，真菌和细菌反硝化作用共同促进N₂O的生成，随着干旱程度的增加，细菌反硝化作用逐渐占据主导地位。研究结果表明，在干旱的阿塔卡马沙漠，即使微生物丰富度较低，但土壤反硝化潜力依然很大。据此我们推测，未来土地使用的变化或极端事件有可能破坏地区硝酸盐储量的稳定，并导致该地区N₂O显著损耗。

关键词：反硝化作用、温室气体、氮循环、水分、耐旱

原名：Microbial potential for denitrification in the hyperarid Atacama Desert soils

译名：极度干旱阿塔卡马沙漠土壤中微生物的反硝化潜力

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：5.795

发表时间：2021.4.10

通讯作者：陈瑞蕊

通讯作者单位：中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

DOI号：10.1016/j.soilbio.2021.108248

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721001218

Molecular Ecology

科研| Molecular Ecology：（森林）砍伐后的焚烧程度会影响土壤微生物群落多样性和丰度以及（再生林）群落组成

本文由赵九月编译

   澳大利亚University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）, Hans Ammitzbol等人于2021年3月27号在Molecular Ecology 发表题为《Diversity and abundance of soil microbial communities decline, and community compositions change with severity of post-logging fire》的文章，本文分别从受到林业管理后1~2个月的土壤（高度焚烧、低度焚烧及未焚烧）和未受林业管理的成熟森林土壤中（未砍伐且未焚烧）取样，通过二代基因测序和RT-qPCR技术（实时定量聚合酶链反应）对土壤中细菌和真菌群落的多样性和丰度进行研究。为研究林业管理下（伐木、焚烧）土壤微生物群落的响应，及其对桉树种植、植被构建产生的影响提供参考意义。

摘要：理解伐木和焚烧对森林土壤群落的影响对我们关于森林生态的认知和进行有效资源的利用是不可或缺的。伐木和焚烧导致的土壤微生物变化对于森林演替及其相关的生态系统过程具有重大影响。本文量化了澳大利亚塔斯马尼亚温带潮湿桉树林中，砍伐并进行不同程度焚烧后1~2月内的细菌和真菌丰度、多样性和群落组成。使用扩增子测序和RT-qPCR对细菌16S rRNA （V1-3区）基因测序和真菌ITS1区进行测定，所得结果如下：1）焚烧程度是土壤微生物群落组成的主要驱动者；2）砍伐和高度焚烧显著降低了土壤中细菌和真菌的生物量及多样性；3）砍伐和焚烧对于土壤微生物群落的影响主要局限在土壤表层10cm的范围内，对更深层土壤的影响程度很弱。这类干扰（伐木和焚烧）对于土壤微生物群落组成的影响大于不同采样点间的差异。单独而言，焚烧比砍伐能够驱动更多微生物群落组成上的差异。不同焚烧程度土壤中微生物群落间差异的主要来源在于，与植物生长促进和产生抗真菌化合物有关的细菌属，以及能够形成外生菌根的腐生真菌。本研究表明轻度~中度的焚烧对于保持土壤微生物群落的多样性和生物量具有重要意义，而在砍伐后的森林处进行一系列不同程度的焚烧有助于整体微生物和植物的多样性及生存环境的改善。

关键词：细菌、真菌、桉树、森林、生态、林业

原名：Diversity and abundance of soil microbial communities decline, and community compositions change with severity of post-logging fire

译名：（森林）砍伐后的焚烧程度会影响土壤微生物群落多样性和丰度以及（再生林）群落组成

期刊：Molecular Ecology

IF：5.163

发表时间：2021.03.27

通讯作者：Hans Ammitzbol

通讯作者单位：University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）

DOI号：10.1111/mec.15900

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.15900

Environmental Microbiology

科研| Environmental Microbiology：受稀土矿井酸性废水影响的中国南方河流中微生物指示物种是关键生态功能的重要驱动力

本文由舟子编译

  中山大学环境科学与工程学院晁元卿等人于2021年4月13日在Environmental Microbiology发表题为《Indicator species drive the key ecological functions of microbiota in a river impacted by rare earth elements acid mine drainage in South China》的文章，本研究通过对比河流上下游不同污染程度站点中水体和沉积物微生物样品的区别，结合16S rRNA和宏基因组的测序与分析鉴别了一组可用于评估酸性稀土矿井废水污染程度的指示物种和功能基因。此外该研究还通过拼接组装成的500多种微生物基因组和他们的潜在新陈代谢功能勾画了微生物在受污染河道中的生物地球化学循环机制。本文中采用的微生物群落测定、功能识别和生态意义构建的研究方法也适用于分析其他不同种类的污染物与微生物群落的相互作用，非常值得学习借鉴。

摘要：稀土元素（rare earth elements: REE）矿藏开采产生的酸性矿井废水（Acid mine drainage: AMD）包含高浓度的稀土元素，铵和硫酸盐，这与典型的金属酸性矿井废水有较大的区别。目前对于（REEs-AMD）会如何影响河流微生物的群落结构和生态功能还存在很多疑问。在这个研究中，我们从受到酸性稀土矿井废水污染的河流中采集微生物样品并进行了16S rRNA和宏基因组测序，以及基因组重组分析。结果表明，酸性稀土矿井废水显著改变了河流微生物的多样性并塑造了一批独特的指示物种（例如奇古菌门（Thaumarchaeota），嗜甲基菌目（Methylophilales），红螺旋菌目（Rhodospirillales）和伯克氏菌目（Burkholderiales）。受污染河流的主要微生物群落调节环境因子是pH，铵和稀土元素，其中高浓度的稀土元素又增加了稀土元素依赖性酶的编码基因丰度（包括XoxF和ExaF / PedH）。此外，我们重建了566个由宏基因组拼装得到的微生物基因组，这些微生物基因组覆盖了70.4％的识别指示物种。以这些基因组为中心的分析表明，丰富的古细菌奇古菌门（Thaumarchaeota）和黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）经常参与硝化和反硝化作用，而伯克氏菌科（Burkholderiaceae）则能进行硫化物氧化以及将硝酸盐异化还原为铵。由此推断，在受到酸性稀土矿井废水污染的河流中这些微生物指示物种对氮、硫循环，以及固定稀土元素起着关键的作用。此外这项研究还证实了在功能基因水平上稀土元素对微生物群落具有潜在的双重影响。本作为使用指示物种的生态功能对酸性稀土矿井废水造成的污染进行生物修复提供了新的见解。

关键词：稀土元素、酸性矿井废水、微生物群落结构、宏基因组拼装基因组、生物地球化学循环

原名：Indicator species drive the key ecological functions of microbiota in a river impacted by rare earth elements acid mine drainage in South China

译名：受稀土矿井酸性废水影响的中国南方河流中微生物指示物种是关键生态功能的重要驱动力

期刊：Environmental Microbiology

IF：4.933

发表时间：2021.04.13

通讯作者：晁元卿、仇荣亮

通讯作者单位：中山大学环境科学与工程学院

DOI号：10.1111/1462‐2920.15501

原文链接：

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.15501

Geoderma

科研| Geoderma：利用DNA-qSIP将微生物类群与矿质氮形态对耕地土壤早期残留物分解的影响联系起来

本文由Erics编译

   中南大学资源加工与生物工程学院尹华群和中国农业科学院宋阿琳，范分良等人于2021年4月18日在Geoderma发表题为《Linking microbial taxa and the effect of mineral nitrogen forms on residue decomposition at the early stage in arable soil by DNA-qSIP》的文章。农作物残留物的分解是农业生态系统中有机碳的主要输入方式，并在土壤碳固存及提高土壤肥力方面扮演着重要角色。目前，还不完全了解不同形式的矿质氮如何影响农作物残留物的分解及其相关的活跃微生物。本研究通过使用¹³C标记的秸秆，两种形式的氮，即铵态氮（(NH₄)₂SO₄）和硝态氮（KNO₃），结合DNA定量稳定同位素探针（DNA-qSIP）、定量聚合酶链反应（qPCR）及高通量测序技术进行研究，揭示了不同形式的矿质氮对农作物残留物早期分解阶段（14天）的影响，并定量表征了各种细菌和古细菌类群在分解农作物残留物中的作用。为鉴定农作物残留物分解过程中相关的活跃细菌和古细菌类群提供了新的定量化信息。

摘要：农作物残渣的分解是土壤是农业生态系统中有机碳的主要输入方式，并在土壤碳固存及提高土壤肥力方面发挥着重要的作用。然而，人们对不同形式的矿质氮（N）如何影响农作物残留物的分解或其相关的活跃微生物了解甚少。在本研究中，我们研究了铵态氮（(NH₄)₂SO₄）和硝态氮（KNO₃）对¹³C标记的玉米秸秆残留物早期分解阶段（14天）的影响。此外，使用定量稳定同位素探针技术（qSIP）表征了各种细菌和古细菌类群的贡献度。出乎意料的是，在两周的诱导实验的过程中，施加两种类型矿质氮的土壤中所测得的众多参数均无明显差异，其中包括：土壤呼吸的¹³C值，土壤DNA中总的微生物同化的¹³C值以及微生物多样性和组成。然而，秸秆代谢微生物的活性在两种类型的矿质氮的土壤中存在细微的差异。定量稳定同位素探针技术（qSIP）揭示了不同微生物类群（OTU水平）同化作用的¹³C值（超量原子分数，EAF）的差异。其中，变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）以及疣微菌门（Verrucomicrobia）是最密集的¹³C标记菌群，表明它们在分解农作物残留物的过程中占据主导地位。铵态氮处理组中，仅有亚硝化球菌（Nitrososphaera）的¹³C值（超量原子分数，EAF）显著高于硝态氮处理组。亚硝化球菌属（Nitrososphaera）可能通过固定CO₂或直接吸收有机质中的¹³C间接参与农作物残留物的分解。这些结果为细菌和古细菌类群对农作物残留物分解过程的贡献度提供了新的定量化信息。此外，我们发现硝态氮和铵态氮对农作物残留物的早期分解阶段具有相似的影响，这可能是由于两种矿质氮处理组中主要的细菌类群的活性未发生明显变化。

关键词：土壤微生物群落；铵态氮；硝态氮；残留物分解；定量稳定同位素探针技术

原名：Linking microbial taxa and the effect of mineral nitrogen forms on residuedecomposition at the early stage in arable soil by DNA-qSIP

译名：利用DNA-qSIP将微生物类群与矿质氮形态对耕地土壤早期残留物分解的影响联系起来

期刊：Geoderma

IF：4.848

发表时间：2021.04.18

通讯作者：尹华群，宋阿琳，范分良

通讯作者单位：中南大学资源加工与生物工程学院，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

DOI号：10.1016/j.geoderma.2021.115127

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001670612100207X

Plant and Soil

科研 | Plant and Soil：温带阔叶林中多年土壤微生物和胞外磷酶对石灰和磷的响应

本文由容我想想编译

  美国俄亥俄大学环境与植物生物学系Jared L. DeForest等人于2021年4月26日在Plant and Soil发表题为《Multi-year soil microbial and extracellular phosphorus enzyme response to lime and phosphate addition in temperate hardwood forests》的文章。以往的研究认为微生物会对养分富集的土壤产生短期影响，但是否存在长期影响目前尚未定论。为探究其长期影响，本文通过在富磷和贫磷土壤中采集样本，以土壤化学、两种磷酸酶和微生物结构为测定指标（每年测定一次），进行为期六年的实验。作者发现，土壤环境中养分的变化会显著影响养分富集的敏感性；此外，初始生态系统环境也是养分富集状态的决定因素。

摘要：目标：虽然报告的微生物对养分富集试验的短期响应是常见的，但我们提供了响应土壤磷有效性的六年数据集的结果。我们假设，与环境土壤相比，磷养分的长期变化应该导致获得磷的胞外酶的持续抑制，而不是微生物群落的驯化。

方法：在相对富磷（即冰川化）和贫磷（即未冰川化）森林土壤中，通过直接添加磷肥或用石灰间接提高土壤pH来提高磷有效性。六年里，每年测定土壤化学、磷酸酶（磷酸单酯酶：PM & 磷酸二酯酶：PD）和微生物结构（PLFA分析

结果：自从实验开始以来，不同处理的微生物群落差异变得更大。PD酶活性比PM更敏感，尤其是在环境磷有效性最高的冰期高磷处理中。在没有适应迹象的情况下，这些处理显著抑制了P-获得酶的活性。

结论：这些结果表明，生态系统的初始条件和环境养分供应将对其对养分持续富集的响应敏感性产生强烈的影响。

原名：Multi-year soil microbial and extracellular phosphorus enzyme response to lime and phosphate addition in temperate hardwood forests

译名：温带阔叶林中多年土壤微生物和胞外磷酶对石灰和磷的响应

期刊：Plant and Soil

IF：3.299

发表时间：2021. 04. 26

通讯作者：Jared L. DeForest

通讯作者单位：美国俄亥俄大学环境与植物生物学系

DOI号：10.1007/s11104-021-04947-4

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-04947-4

科研 | Plant and Soil：热吗？连接根际热点与土壤呼吸总量

本文由容我想想编译

   德国CEN地球系统研究与可持续发展中心土壤研究所Joscha N. Becker等人于2021年4月29日在Plant Soil发表题为《Hot or not？connecting rhizosphere hotspots to total soil respiration》的文章。本文以单株植物为研究对象，利用影像技术研究了根系分泌物和酶活性热点与土壤呼吸的关系。该文的目的是评估：（1）根系分泌物和酶活性的可视热点是否是主导因素，从而判断是否适合预测土壤碳呼吸总量；（2）是否有可能通过耦合成像和CO₂通量测量来估计不同根系过程对碳呼吸的贡献。作者假设根系分泌物和酶热点的强度与高CO₂通量相吻合，并且根际活动热点比土壤或植物相关变量更能预测CO₂外流。本研究的结论是，这些热点地区是土壤CO₂排放的合理预测指标，比单一的根系生物量等静态变量表现得更好。

摘要：目标：土壤有机碳 (C) 外流与根际紧密相连，土壤微生物在根际快速分解根系释放的有机化合物。近年来，成像技术极大地提高了我们对小尺度碳周转异质性的理解，丰富了高活性区域的根际热点术语。然而，尽管相关假设经常被提出，但是这些热点地区对土壤碳平衡总量的影响仍然未知。我们的目标是通过将根际成像数据与单个植物的土壤呼吸联系起来，从而弥补这一差距。

方法：我们在砂质可耕地的根箱中种植了17株玉米 (Zea mays L.)。4周后，用¹⁴CO₂标记植物，标记一天后用¹⁴C成像对根系分泌物进行可视化和定量。演化出的二氧化碳被捕获在NaOH和¹⁴CO₂中，并且在标记前后定量总二氧化碳。酶活性 (β-葡萄糖苷酶) 采用土壤酶谱法定量。

结果：土壤β-葡萄糖苷酶活性与CO₂总量呈负相关，是最重要的预测因子 (R² = 0.55)。总¹⁴C活性和根际¹⁴C活性仅与¹⁴CO₂排放量相关 (r = 0.51, r = 0.58)。土壤β-葡萄糖苷酶活性、根际¹⁴C活性和根系生物量共同解释了约75%的CO₂排放差异。

结论：结果表明，根系分泌物和酶活性热点是土壤呼吸总量的适宜预测因子，特别是当根系生物量与根系三维变化相结合时，根际热点与更大尺度的碳平衡直接相关。

关键词：酶谱学；14C成像；土壤-植物相互作用；根系分泌物；根系活力

原名：Hot or not？connecting rhizosphere hotspots to total soil respiration

译名：热吗？连接根际热点与土壤呼吸总量

期刊：Plant and Soil

IF：3.299

发表时间：2021. 04. 29

通讯作者：Joscha N. Becker

通讯作者单位：德国CEN地球系统研究与可持续发展中心土壤研究所

DOI号：10.1007/s11104-021-04963-4

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-04963-4