AEM | 土壤微生物群落: 在生物学相关的尺度上理解微生物群落的相互作用
推荐：江舜尧
编译：药滴
编辑：十九
美国橡树岭国家实验室学者Regina L. Wilpiszeski等人于2019年7月10日在《Applied and Environmental Microbiology》上发表了题目为《Soil Aggregate Microbial Communities: Towards Understanding Microbiome Interactions at Biologically Relevant Scales》的文章。文章回顾了关于土壤微生物群落的现有研究，并在尺度上对土壤生态系统更深入的理解。与影响土壤微生物群落地球化学循环最相关的生物和非生物相互作用似乎发生在土壤团聚体群落的尺度上。仅凭体积尺度的研究无法辨别局部润湿和干燥事件的影响，也无法辨别团聚体内部及与微生物之间的相互作用。作者提出了一个框架，将聚集的群落理解为“微生物村”，它们在湿润环境下允许遗传物质、代谢物和病毒的转移周期性地连接在一起。把完整的微生物群落从自然环境中分离出来，创造出一种新的微生物群落，为假设驱动的研究提供很好的补充。
文章摘要
土壤中含有矿物、水、养分、气体、植物根、腐烂的有机物和微生物，它们共同作用于养分循环并支持陆地植物的生长。大多数土壤微生物生活在与土壤团聚体密切相关的周期性相互联系的群落中，即紧密结合在一起的矿物和有机碳的小(2毫米)簇，通过机械干扰和湿润事件持续存在。它们的空间结构对生物地球化学循环具有重要意义，单靠研究块状土壤不能可靠地预测土壤的生物活性和变异。要全面了解土壤中起作用的生物地球化学过程，有必要了解土壤颗粒与其微生物之间发生的微尺度相互作用。我们回顾了关于土壤微生物群落的现有研究，并确定了在与单个细胞相关的尺度上研究土壤生态系统。我们提出了一个框架，将聚集的群落理解为“微生物村”，它们通过润湿事件周期性地连接在一起，允许遗传物质、代谢物和病毒的转移。我们描述了研究这些群落的自上而下(整个群落)和自下而上(简化主义者)策略。要理解这一点，需要结合“模型系统”方法(例如，开发模拟群落人工聚集体)、对自然群落的实地观察和更广泛的群落互动研究，以包括研究不足的群落成员，如病毒。初步研究表明，基于聚集的方法是发展预测理解地球化学和群落相互作用如何控制微生物群落结构和土壤养分循环下一步的关键。
文章中重要图片说明
图1 |土壤层位和土壤宏、微团聚体的简化示意图。包括局部化学性质、表面积、团聚体内部和之间的孔隙大小、表面粗糙度和连接性。POM，微粒有机物。
图2 | (左)干燥条件和(右)潮湿条件下孤立的微观和宏观的概念图。潮湿的环境有利于营养、微生物、病毒和代谢物的扩散。
图3 |微流体方法可以为实验室研究重建土壤特征。(A)非均质多孔介质的设计复制了砂粒的自然形状和分布。(B)在这些孔隙空间内，细菌在压力驱动流动的影响下生长(绿色)和腐烂(红色)，在 100μm尺度下。(C)重复之间的颗粒布局一致，可以计算模拟孔隙空间的流体动力学。(D)该系统表明，土壤细菌以高剪切速率堵塞孔隙。(E)产生的随机孔隙网络，采用沃罗诺伊镶嵌法对地下两相流进行了研究。(F)采用颗粒生成算法设计微流体，研究微生物胞外多糖对孔隙空间保水性能的影响。
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