高海拔地区萝卜根际微生物组对PBAT/PLA腐殖酸可降解地膜的代谢适应机制研究

这篇研究通过单分子实时测序（SMRT）和宏基因组学技术，揭示了高海拔萝卜根际微生物组在PBAT/PLA腐殖酸（HA）可降解地膜作用下的群落组装与代谢功能变化。研究发现HA改性膜显著提升细菌多样性，富集聚合物降解菌（如Chitinophagaceae、Candidatus_Udaeobacter），并激活碳水化合物和氨基酸代谢通路，为优化高山农业生态服务提供了微生物学依据。

　　

1 引言

高海拔农业生态系统因低温、强紫外线和营养限制等极端条件，对作物根际微生物组提出了独特适应性需求。萝卜（Raphanus sativus L.）作为高海拔经济作物，其根际微生物在胁迫抵抗和养分获取中起关键作用。可降解地膜PBAT/PLA（聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯-聚乳酸）因其环保特性逐步替代传统塑料，而腐殖酸（HA）的添加可能通过碳源供给和电子传递双重作用调控微生物活性，但相关机制在高山系统中尚未阐明。

2 材料与方法

研究选址于中国甘孜藏族自治州理塘县（海拔3637米），对比了5种PBAT/PLA地膜处理（含/不含HA，厚度6-12 μm）与未覆膜对照。通过CTAB-SDS法提取土壤DNA，采用PacBio SMRT平台进行16S rRNA/ITS全长测序，并结合Illumina宏基因组测序解析功能基因。数据分析使用UPARSE聚类OTU（97%相似度），KEGG注释代谢通路，LEfSe筛选标志物种。

3 结果

3.1 微生物群落结构特征

细菌群落以变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）为主，较种植前分别增加32%和15%，而绿弯菌门（Chloroflexi）降低40%。真菌群落从担子菌门（Basidiomycota）主导转为子囊菌门（Ascomycota）优势，未分类真菌占比达27%。标志属包括Granulicella（耐酸菌）和Tausonia（木质素降解菌）。

3.2 地膜对微生物多样性的影响

HA改性膜处理组细菌Shannon指数（>8.8）显著高于普通膜组（p<0.05），且特有OTU数量翻倍。真菌群落对地膜更敏感，HA组独有OTU占总数的48%。标志物种包括Chitinophagaceae（几丁质降解菌）和Chaetomiaceae（聚酯降解真菌）。

3.3 代谢功能响应

HA膜组碳水化合物代谢基因丰度提高1.8倍，氨基酸代谢基因增加1.5倍，且与膜厚度呈正相关（12 μm > 6 μm）。细胞群落-原核生物（cellular community_prokaryotes）通路在HA组显著激活，暗示微生物协作降解机制。

4 讨论

HA通过提供碳源和改善土壤微环境，特异性富集了Udaeobacter（土壤有机质降解菌）等功能类群。厚度依赖的代谢衰减现象可能与薄膜碳释放速率过快有关。Chaetomiaceae的漆酶基因表达提示其可能参与PBAT的酯键水解，为可降解膜设计提供了生物转化靶点。

5 结论

HA改性PBAT/PLA地膜通过调控根际微生物组结构和代谢网络，增强了高山农业系统的生态服务功能。未来需结合降解动力学研究，优化膜厚度与作物周期的匹配性。