文章背景
最近，派森諾生物再次與南京農業大學沈其榮教授課題組合作，在微生態領域旗艦期刊、同時也是《Nature》系列子刊的《The ISME Journal》（最新影響因子：9。664）上發表通訊短文，揭示了不同施肥處理對土壤原生生物組成和功能特性的系統性影響，同時解析了原生生物與土壤細菌、真菌群落之間潛在的相互作用，闡明瞭原生生物在土壤微生物組中的重要而被長期忽視的地位。
研究背景
土壤中包含豐富多樣的生物類群，是一個重要的生物寶庫。原生生物種類豐富，功能多樣，但它們也是土壤微生物群落中經常被忽視的類群。一方面，原生生物是細菌和真菌的捕食者，同時又被雜食性和肉食性的更高等生物所捕食，因而它們能作為“紐帶”，將土壤中的初級分解者（如細菌、真菌）與更高營養等級的生物（如線蟲、蚯蚓等）緊密聯絡在一起，在土壤生態系統中具有舉足輕重的連結作用；另一方面，土壤原生生物是生態系統物質迴圈的重要分解者，透過促進根際微生物所介導的物質迴圈和能量轉化，刺激植物的生長髮育；此外，土壤原生生物還能調控土壤中各類微生物的種群組成和數量，對土壤肥力至關重要。
然而，原生生物群落的研究起步較晚，目前仍有許多未知之處，因此，有必要對土壤原生生物群落的組成和生態學功能進行系統研究，並闡明其與細菌、真菌群落的互作模式，從而深入理解原生生物對於土壤微生態系統中的影響和作用。
研究目的
透過對比施用有機肥與常規肥料的土壤中原生生物的組成和功能，以及它們在土壤微生物組內的相互作用模式，有助於闡明土壤管理措施對於土壤原生生物群落的塑造作用；並進一步結合有機質、pH等土壤理化因子變化情況，揭示驅動土壤原生生物群落結構改變的主要因素。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：真核微生物18S rRNA基因V9區
實驗物件：不同施肥處理的土壤樣本
實驗設計：4種施肥處理，每種處理各4個重複，共採集16個樣本：
1） 無機肥料組（CF）；
2） 有機肥料組（OF，一種氨基酸肥料和雞糞堆肥的混合物，比例為1：1）；
3） 添加了Bacillus amyloliquefaciens（植物保護劑）的有機肥料組（OF+B）；
4） 添加了Trichoderma guizhouense（植物保護劑）的有機肥料組（OF+T）。
盆栽試驗：隨機將花盆分成4組，每個花盆裝有12公斤的泥土，栽培3株香草苗；種植12個月後，去除香草植物，並隨機採集12個樣本點，混合成一個複合樣本，用於後續的測序分析。
研究結果
在已鑑定的物種當中，Rhizaria最為優勢（佔原生生物序列的25。76%），其次是Alveolata（19。39%），Stramenopiles（14。89%），Amoebozoa（14。87%），Archaeplastida（14。54%）和Excavata（9。15%）；共佔原生生物群落的98。60%。此外，還存在一些罕見的原生生物，如Hacrobia（0。61%），Apusozoa（0。40%）和Opisthokonta（0。39%）。
施加有機肥和有益微生物顯著地改變了土壤原生生物的群落組成。UniFrac PCoA主座標分析顯示，4個施肥處理組的原生生物群落的Beta多樣性存在顯著差異。相比於無機肥（CF），施加有機肥（OF）顯著增加了Stramenopiles、Alveolata、Rhizaria、Excavata和Amoebozoa的相對丰度。另一方面，引入有益微生物降低了部分原生生物（Stramenopiles、Alveolata、Rhizaria、Excavata）的含量，僅Amoebozoa在OF+B組的丰度較為穩定，這也導致了OF+B和OF+T組的Alpha多樣性降低。
施肥誘導了原生生物群落結構的改變，並導致功能類群的相對比例發生變化。為了進一步解析土壤原生生物群落對於施肥處理的響應，本研究將其分為7大類功能類群：食細菌型（Bacterivores）（佔原生生物OTU總數的13。48%），雜食型（Omnivores）（25。88%），光能營養型（Phototrophs）（19。38%），寄生型（Parasites）（4。71%），植物病原型（Plant pathogens）（2。60%），腐食型（Saprotrophs）（0。60%）和食真菌型（Mycophagous）（0。14%），共佔原生生物群落的66。80%。
與CF組相比，OF組顯著增加了食細菌型、雜食型、光能營養型和腐食型生物的相對丰度，並且顯著降低了寄生型和植物病原型原生生物的含量。與OF組相比，有益微生物的加入顯著降低了食細菌型和雜食型原生生物的相對丰度（OF+B組表現尤為顯著），而植物病原型原生生物丰度也有所降低。相比於Trichoderma guizhouense，新增芽孢桿菌Bacillus amyloliquefaciens後，腐食型和光能營養型原生生物的相對丰度顯著降低。
將一些原生生物作為土壤監測的指示物種，CF組主要富集了寄生型和植物病原型原生生物，其中包括3種植物病原型的Pythium、1種寄生型的Gregarine和食細菌型的Naegleria。OF組則富集了多達12種的雜食型原生生物，如Semispathidium sp。，Platyreta germanica和Euglypha rotunda等。新增芽孢桿菌的有機肥料組富集了11種低丰度的原生生物，包括1種寄生型和3種光能營養型原生生物。類似地，新增Trichoderma的有機肥料組富集了光能營養型、食細菌型和寄生型相關的原生生物物種。
本研究的另一大亮點是將原生生物群落和土壤細菌、真菌群落進行了關聯網路分析。分析發現，關聯互作網路共包含93個節點，具有三個高度連線的模組，其中21種來自原生生物。模組1主要包含細菌，如Lysobacter和Acidobacteria，以及5種功能性原生生物（主要是植物病原型的Pythium，食細菌型的Glissomonadida和Naegleria，雜食型的Leptomyxida和光能營養型的Chlorophyta）；模組2主要包括光能營養型的Bacillariophyta、Eustigmatophyceae和Ochromonas、食細菌型的Neobodonid和Stenamoeba以及雜食型的Myxogastrea。模組3主要由雜食型原生生物組成，含有大量的Ciliophora（如Spirotrichea）和Rhizaria（如Vampyrellida和Euglyphida），以及一些重要的細菌和真菌屬，如Streptomyces和Aspergillus。
縱觀整個網路，原生生物Pythium是主要植物病原體，與其它節點連線較少，僅與真菌Phialosimplex呈正相關；而寄生型的Apicomplexa僅與食細菌型的Echinamoebida呈正相關。由此可見，原生生物之間的高度相關揭示了它們在生態系統中的重要地位。
此外，本研究還透過RDA冗餘分析，擬合各樣品中原生生物與土壤理化因子（pH、有機質、可利用N、P、K含量）之間的響應關係，發現土壤理化因子是原生生物功能組成的主要驅動因素。在CF組中，寄生型和植物病原型原生生物含量較高，與土壤pH值密切相關，但與有機質和可利用的N呈一定的負相關。此外，土壤可用性N對光能營養型生物影響較大，由此推斷土壤理化因子在重塑原生生物功能類群中具有重要作用。
總結
對於土壤微生物組研究，大多數仍聚焦在細菌和/或真菌群落上，對原生生物仍知之甚少。本文研究結果表明，不同施肥處理對原生生物群落結構和功能均具有顯著影響，並探討了原生生物與細菌和真菌的潛在相互作用。施加有機肥料顯著降低了植物病原型原生生物的相對丰度，並增加了食細菌型和雜食型原生生物的含量。對植物具有保護作用的細菌和真菌的加入，進一步改變了土壤原生生物的群落組成，並最終影響群落的功能。本研究體現了原生生物作為土壤微生物群落的“動態樞紐”，連結細菌和真菌群落的重要地位，為深入理解土壤微生物組中不同類群微生物的互作機制奠定了基礎，也為土壤治理和農業耕作提供了值得借鑑的全新思路。
本研究的高通量測序工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引
Xiong， Wu， Alexandre Jousset， Sai Guo， Ida Karlsson， Qingyun Zhao， Huasong Wu， George A。 Kowalchuk， et al。 “Soil Protist Communities Form a Dynamic Hub in the Soil Microbiome。” The ISME Journal （10/13/online 2017）。DOI：10。1038/ismej。2017。171