大約有1/10的地球上所有旱地表面遭受鹽鹼化的影響，鹽鹼化面積由於降水少，地表灌溉高和農業管理不善而增加。土壤鹽分是一種有影響力的環境壓力源，加上有限的水分供應和對代謝活動有毒的高濃度細胞內離子。土壤中的高鹽分會抑制植物的生長，降低植物的光合能力，並對植物群落的組成，分布和多樣性產生強烈影響。地下微生物對於碳分解和養分循環至關重要，但是人們對土壤鹽分對地下微生物群落的潛在影響知之甚少。
古爾邦通古特沙漠是新疆北部準噶爾盆地的一部分，是中國第二大沙漠。由於沙漠中不利的環境條件限制了植物的生長，因此該生態系統中的土壤微生物群落受植物的影響較小。此外，該區域包括自然鹽度梯度，這可以為研究鹽度對土壤微生物群落的影響提供理想的簡化環境。這項研究的目的是（i）確定沙漠生態系統中微生物群落的多樣性和組成如何隨自然鹽度梯度變化；（ii）研究鹽度如何影響土壤微生物系統型和表型；以及（iii）探索鹽度如何影響土壤微生物群落組裝過程。
我們首先探索了微生物α多樣性(觀察到的OTUs和費思的系統發育多樣性)和15個環境變量(表S1)之間的關係。使用逐步多元回歸模型分析，我們發現鹽度始終是觀察到的OTUs和系統發育多樣性的最佳預測因子，分別解釋了觀察到的OTUs和系統發育多樣性的22.5%和18.2%(表1)。此外，鹽度與觀察到的OTUs和系統發育多樣性呈強負線性關係(圖1)。基於距離的多元線性模型分析表明，鹽度是決定微生物群落結構的最重要因素，解釋了微生物群落結構總變異的9.35%(表S2)。
此外，利用多元回歸樹分析探討環境變量對微生物群落結構的影響。儘管所有15個測得的環境變量都包括在分析中，但只有鹽度含量將樹分開，並將樣品分成三個鹽度梯度(圖S3)。微生物的Bray-Curtis差異也顯示出與土壤鹽分差異顯著的負相關關係(圖2)，這表明兩個地點之間的鹽度差異越大，這兩個地點的微生物群落結構越不相似。由於地理距離也是引起微生物群落結構變化的一個重要因素，在控制空間距離和其他環境距離(不包括鹽度)後，使用部分曼特爾試驗來估計鹽度距離對微生物群落結構的影響。儘管鹽度和地理距離對微生物群落結構有顯著影響，但鹽度的影響大於地理距離(表2)。綜上所述，這些觀察強烈表明，鹽度是形成沙漠土壤微生物群落結構和多樣性的關鍵因素。
平衡樹方法顯示了微生物OTUs沿鹽度梯度的明確生態位分化(圖3A和3B)。高鹽度OTUs (535到4601μs/cm)逐漸被低鹽度OTUs(46.2 ~ 535μs/cm)，由樹的頂部平衡形成線性趨勢(圖3C)。為了從樹的頂部平衡中提取分類單元信息，發現屬於滷細菌、腈水解酶、紅熱菌、γ蛋白酶原細菌和α蛋白酶原細菌的270個分類單元在高鹽度場所更豐富，而屬於α蛋白酶原細菌、放線菌、嗜熱菌、桿菌和嗜酸微生物的3,136個分類單元在低鹽度場所更豐富(圖3D)。使用BugBase，我們預測了9種潛在的表型，包括需氧型、厭氧型、含移動元素型、兼性厭氧型、生物膜形成型、革蘭氏陰性、革蘭氏陽性、潛在致病型和應激耐受型。在所有的表型中，厭氧表型的相對豐度與鹽度呈顯著的正相關，耐鹽表型的相對豐度與鹽度呈極顯著的負相關。
此外，為了弄清鹽度是如何影響微生物群落組裝過程的，我們使用了群落內(最近分類單元指數[NTI])和群落間(βNTI)零模型。我們發現NTI和鹽度之間存在顯著的負相關關係(圖5A），這表明鹽度增加了細菌群落系統聚類。雖然鹽度與βNTI沒有顯著關係，但βNTI的絕對值都小於2，隨機性過程主導了群落的裝配。
我們通過對沙漠生態系統中沿自然土壤鹽分梯度的16S rRNA基因進行測序來表徵土壤微生物群落。我們的結果為鹽度對微生物群落組成和聚集的影響提供了有力的證據，這將闡明沙漠生態系統如何應對持續的鹽鹼化。為了推進我們對這些嚴重鹽鹼化條件下生態系統動態的理解，今後應努力建立廣泛的數據集，用於探索微生物如何應對鹽度增加的一般規律。
Zhang, K. P., Shi, Y., Cui, X. Q., Yue, P., Li, K. H., Liu, X. J., . . . Chu, H. Y. (2019). Salinity Is a Key Determinant for Soil Microbial Communities in a Desert Ecosystem. Msystems, 4(1). Retrieved from <Go to ISI>://WOS:000460343800016
https://doi.org/10.1128/mSystems.00225-18.
TASK lab：Trees and Soils Key Laboratory ，旨在交流樹木功能性狀、土壤微生物組、土壤生態過程、根土互作關係等領域研究進展，關注樹木地上地下部分的協同機制，探索樹木對逆境脅迫的適應策略，為森林生態系統管理提供科技支持。