论文分享：pH驱动有机磷矿化导致土壤微生物多样性的空间差异

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不积跬步无以至千里

原文标题：Spatial differences in soilmicrobial persity caused by pH-driven organic phosphorus mineralization

参考译文：pH驱动有机磷矿化导致土壤微生物多样性的空间差异

DOI:10.1002/ldr.3734

文章切入点：研究pH、Po（有机磷）矿化相关基因丰度、酶活性、微生物群落组成及多样性之间的关系。

01Abstract

Microbial persity response to abiotic andbiotic factors provides a sensitive indicator for estimating the potentialstability and degradation of soils in agro-ecosystems. To determine the effectsof pH on organic phosphorus mineralization and microbial persity, phospholipidfatty acid analysis, quantitative polymerase chain reaction (qPCR), andmultiple ecological analyses were performed. Significant correlations werefound between phosphorus components and alkaline phosphatase, phytase, and pH,between phoD and phytase, between bpp and alkaline phosphatase. phoD and bppgene abundance presented significant linear relationships with soil pH andmicrobial persity. Abiotic and biotic factors explained 25.1% of the totalvariation in organic phosphorus-mineralizing-related gene abundance, andabiotic factors accounted for 13.2% of the total variation in microbial communitycomposition. Soil pH was the determinant, accounting for 11.2 and 7.7% of thetotal variation in organic phosphorus-mineralizing-related gene abundance and microbialcommunity composition, respectively. Our results emphasized that the phosphoruscomponents, pH, and organic phosphorus-mineralizing-related gene abundance wereresponsible for organic phosphorus-mineralizing-related enzyme activity. To ourknowledge, this is the first report that pH is a key factor in directly and indirectlydetermining organic phosphorus-mineralizing-related gene abundance, which inturn affects microbial persity, on a large spatial scale. The differences inphosphorus components, enzyme activity, organic phosphorus-mineralizing-relatedgene abundance, microbial community composition and persity caused by pHmight explain crop yield reduction.

02参考译文

微生物多样性对非生物和生物因子的响应是评价农业生态系统土壤潜在稳定性和退化的敏感指标。为了确定pH值对有机磷矿化和微生物多样性的影响，我们进行了磷脂脂肪酸分析、定量聚合酶链反应（qPCR）和多重生态学分析。磷组分与碱性磷酸酶、植酸酶、pH值、phoD与植酸酶、bpp与碱性磷酸酶呈显著相关。phoD和bpp基因丰度与土壤pH和微生物多样性呈显著的线性关系。非生物因子和生物因子解释了有机磷矿化相关基因丰度总变异的25.1%，非生物因子解释了微生物群落组成总变异的13.2%。土壤pH值是影响有机磷矿化相关基因丰度和微生物群落组成的主要因素，分别占总变异量的11.2%和7.7%。结果表明，磷组分、pH值和有机磷矿化相关基因丰度是影响有机磷矿化相关酶活性的主要因素。据我们所知，这是首次报道pH值是直接和间接决定有机磷矿化相关基因丰度的关键因素，进而在大空间尺度上影响微生物多样性。pH引起的磷组分、酶活性、有机磷矿化相关基因丰度、微生物群落组成和多样性的差异可能是作物减产的原因。

03前言观点及假设

研究重要性：

1、土壤酸化和碱化均是威胁作物产量的因素，近年来具有逐渐变严重的趋势，pH是决定土壤微生物活性、多样性及构成的主要因素，近年来许多学者研究了pH对碳氮循环相关微生物群落的影响，但pH对磷循环相关微生物群落的影响尚不清楚；

2、磷经过施肥进入土壤，但是多数磷处于难以利用的状态，有机磷在土壤中占30%-80%，因此，从可持续发展的角度出发，了解Po（有机磷）的含量和矿化过程对评价土壤肥力具有重要意义；

3、phoD和bpp是评价Po转化的良好生物标志物；

4、与pH值相比，P组分的种类和含量是否是影响Po（有机磷）矿化相关酶活性的主要驱动因素，尚需在较大空间尺度上进行研究；Po矿化是否会影响微生物多样性尚不清楚。我们试图探索酸性土壤（pH<6.5）、中性土壤（6.57.5）中土壤肥力、微生物多样性和P矿化相关细菌丰度的差异。

文章假设：

pH值将是形成Po矿化相关基因丰度和微生物（包括细菌、真菌、放线菌、厌氧菌、丛枝菌根真菌、非菌根真菌和真核生物）群落组成的决定因素；Po矿化相关酶（磷酸酶和植酸酶）活性对P组分和Po矿化相关基因有不同的反应；bpp和phoD基因的丰富可能对微生物多样性产生不同的影响。

04实验设计

实验设计：120块样地的0-20cm的360个土样。

测定指标： pH、TN、TC、TK、TP、有效AK有效 P, 无机磷, 有机磷, β植酸酶活性,碱性磷酸酶活性；

微生物指标：

bpp（引物：bppF(50-GAC GCA GCC GAY CCN GCN NTN TGG-30) and bppR (50-CAG GSC GCA NRT CAN CRTTRT T-30)）、phoD（引物：ALPS-F370(50-CAG TGG GAC CAC GAG GT-30) and ALPSR1101(50-GAG GCC GAT CGG CAT GTC G-30))、土壤微生物构成：(PLFA)测GN、GP、AMF.。

05分析方法

相关分析、方差分析、置换多元分析（Permutationalmultivariate analysis, ADONIS）、RDA、（Variationpartitioning analysis-VPA）变异分组分析？第一次见、线性回归、SEM（用PC1轴的值当作微生物群落、磷组分和与有机磷矿化相关酶活性做，也是第一次见）。

06图表构成

图1、不同土壤pH值土壤的养分含量对比。

图2、基因丰度、酶活性、多样性指数和微生物群落构成与养分及养分指标间的关系图。

本图内含丰富，右边的三角是养分指标间的相关性；左边的4个三角代表基因丰度、酶活性、多样性指数和微生物群落构成，其间的连线粗细和颜色代表相关性强弱，这个强弱是用偏Mantel测试做的。整个图的原理是获得右边的指标相关系数后绘图，其次再用基因丰度、酶活性、多样性指数和微生物群落构成与土壤理化指标做偏Mantel测试，获得r2和p值后用连线的方式绘制出，网上教程相对较多，朋友们可自行学习。

图3、土壤pH与phoD基因丰度（a）和bpp基因丰度（b）的线性关系。

图 4. A和C为常规RDA分析，b为VPA分析对矿化基因丰度影响的影响，d为不同pH值下的群落组成差异。

图5 微生物多样性与pH（a）、phoD基因丰度（b）和bpp基因丰度（c）之间的线性关系。

图6 土壤pH与微生物群落组成、微生物多样性、P组分、Po矿化相关基因丰度和酶活性间的SEM分析。箭头宽度与关系的强度成正比。蓝线：正相关；红线：负相关。

这个图牵涉到开篇提到的两个假设，不过不懂作者为何不直接整合成一个SEM图，其实这个可以整合成pH、磷组分、微生物群落构成和多样性、磷矿化之间的关系，当然这是我的理解。

07思路总结

本文通过构建不同pH下土壤养分含量-测菌群丰度-做相关分析和Mantel测试分析-作菌群丰度与pH回归-搭建SEM方程等，得出pH、Po矿化相关基因丰度、酶活性、微生物群落组成及多样性之间的关系。个人觉得，如果作者能将养分指标、微生物群落部分与磷矿化及pH值间结合起来做SEM分析，就更完美了，因为图2似乎涉及了这部分，但是结构方程模型仅做了pH与微生物、磷组分和磷矿化间的关系。当然，这仅仅是个人的浅显看法，也许作者做了这部分分析，只是被审稿专家删掉了而已，毕竟现在的写法与题目更加切合，值得学习。