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https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19249
研究内容
在生物多樣性保護規劃中，如何有效地利用有限的資源來實作最大的生态效益是十分重要的。一項由美國邁阿密大學的Daniel Revillini等研究人員在New Phytologist期刊上發表的研究中，研究人員以佛羅裡達灌叢生态系統中的土壤和13種多年生草本植物作為研究對象，評估了化感作用對土壤微生物群落結構和功能的影響，以及探究了這些微生物變化如何影響植物的萌發和生産力。該研究為生物多樣性保護規劃提供了新的視角——利用土壤微生物群落調節化感作用，進而優化植物群落的結構和功能，提高生态系統中的生物多樣性。
研究背景
化感作用是一種生态過程，指的是植物通過釋放化感化學物質影響其他植物生長的生态過程，它在植物群落建構中扮演重要角色。盡管化感作用普遍存在并對植物性能有顯著影響，但其對土壤微生物群落的直接影響以及這些微生物變化如何影響植物性能尚不清楚，了解這些互相作用對于制定有效的生物多樣性保護政策具有重要意義。
主要結果
1.微生物群落結構的變化
在本研究中，研究者識别了在化感化學物質添加後顯著變化的細菌和真菌類群，發現化感物質的添加顯著改變了土壤微生物群落的組成和功能，特别是增加了潛在有益細菌的豐度，并減少了潛在病原真菌的豐度（圖1），表明化感作用可以通過選擇性地影響微生物群落的組成來發揮作用。
圖1：在有無羟基肉桂酸（HCA）添加情況下的核心微生物類群。圖中按出現頻率和相對豐度檢測門檻值對核心細菌（上）和核心真菌（下）進行了着色和排序。星星、圓圈和箭頭表示了在化感化學物質處理後新增到核心微生物群落、從核心微生物群落中移除以及出現頻率增加的類群。
2.功能基因的響應
通過預測的細菌功能基因，發現化感化學物質誘導的微生物群落變化伴随着功能基因的顯著響應，特别是與氮固定、氨氧化、亞硝酸鹽還原和磷酸鹽轉運相關的基因（圖3），這些變化可能影響土壤中營養物質的循環和植物的養分擷取。
圖3：對化感化學物質添加有顯著響應的預測細菌功能基因。圖中展示了與氮固定相關的基因nifQ的增加，以及與氨氧化、亞硝酸鹽還原、磷酸鹽還原和磷酸鹽轉運相關的基因amoA、nir、phn和ugp的減少。
3.植物性能的調節
化感化學物質會降低植物總生物量，但這種影響會被土壤微生物群落的存在所緩解（圖4），這表明微生物群落可能通過改變土壤中化感化學物質的行為或通過直接與植物互相作用來調節植物對化感作用的響應。
圖 4 ：植物對化感化學物質添加處理的總生物量響應，按有無微生物群落處理着色。(a) 表明所有植物物種的總生物量響應的均值，總生物量受到微生物群落的調節作用。(b) 表明單一植物物種Balduina angustifolia在微生物群落存在時對化感化學物質添加的響應，在微生物群落存在時，化感化學物質對總生物量的抑制作用較小。
4.微生物類群與植物性能的關聯
特定的微生物類群和功能基因與植物性能名額（如萌發率、總生物量和根：地上生物量比率）之間存在顯著的正負相關關系，某些微生物類群可能在植物對化感作用的适應性中發揮關鍵作用。
圖 5: 三個植物性能響應與對化感化學物質添加有顯著響應的微生物類群和預測細菌功能之間的顯著（P < 0.05）線性混合效應模型（LMM）估計值。點代表均值LMM參數估計值，線代表标準誤差。
5.提出了一個潛在的架構
該研究解釋了生态壓力頻率與植物-微生物互相作用（PMI）響應之間的關系，提出了一個假設，即生态壓力的頻率與微生物介導的植物性能響應的強度成負相關(圖5)，便于我們了解在環境壓力下植物-微生物互相作用的強度，對于生物多樣性保護和生态系統管理具有重要意義。
結論
本研究深入揭示了化感化學物質如何通過調整土壤微生物群落的結構與功能，進而影響植物性能的機制。研究發現，特定微生物類群與植物性能之間存在顯著的相關性，這表明土壤微生物群落在緩和化感作用帶來的負面效應中扮演着重要的角色。此外，本研究還提出了一個創新性假設，即生态壓力的頻率可能對微生物群落的介導效應産生影響。特别是在持續性的化感壓力環境下，微生物群落可能更有效地促進植物性能的中性甚至正面響應。這些突破性的發現對于制定和實施生物多樣性保護政策具有深遠的意義，為進一步的生态學研究和生物多樣性保護實踐提供了寶貴的科學依據。
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