湖北和尚洞固氮微生物群落的生境特异性及网络分析

作者：李璐; 程晓钰; 刘晓燕; 王昳衡; 李晴; 张玮祎; 王红梅^*

来源：微生物学报, 2023, 63(06): 2120-2135.

DOI：10.13343/j.cnki.wsxb.20230192

• 喀斯特洞穴
• 固氮微生物
• nifH基因
• 氮循环
• 共现网络
• 生境特异性

岩溶洞穴是喀斯特地貌的重要组成部分，由于其长期黑暗、寡营养等极端条件，使其成为研究陆地深部生物圈的天然实验室。尽管近年来对洞穴微生物多样性的研究不断深入，但对洞穴中固氮微生物的认识却相对薄弱。【目的】查明洞穴中固氮微生物群落的特征以及与生物、非生物因子之间的关系。【方法】本文以湖北和尚洞为例，通过对固氮菌功能基因nifH进行高通量测序和多元统计分析，系统研究了洞穴内外3种生境(洞穴上覆土壤、洞内松散沉积物以及风化岩壁)固氮微生物群落的空间分布特征及其与环境因子之间的关系。【结果】结果表明和尚洞不同生境间固氮菌群落α多样性存在显著差异(P<0.05)，以洞穴上覆土壤α多样性最高，洞穴内沉积物α多样性最低。K+、NO2-和NO3-是驱动和尚洞固氮微生物群落组成的重要因子。和尚洞内固氮菌群落组成和分布具有生境特异性，除慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)在3种生境中相对丰度均较高外，上覆土壤以地杆菌属(Geobacter)占主导，洞穴沉积物以固氮菌属(Azotobacter)占主导，而风化岩壁中地杆菌属(Geobacter)、固氮菌属(Azotobacter)以及需盐红螺菌属(Halorhodospira)等主要类群占比相当。共现性网络分析结果显示洞穴固氮菌之间形成了紧密的正相关关系，暗示着固氮菌在洞穴寡营养的极端环境中以协作为主的生存策略。值得注意的是，洞穴固氮菌中有很大一部分未分类的类群，暗示着洞穴中可能蕴含着大量新的固氮类群，是挖掘微生物暗物质的热点区域。【结论】该研究结果揭示了地下黑暗寡营养的和尚洞固氮微生物群落的组成，对深入了解地下黑暗生物圈的氮循环过程、固氮菌与环境之间以及固氮菌种群之间的互作关系具有重要意义。

• 单位
  中国地质大学（武汉）; 生物地质与环境地质国家重点实验室