蚯蚓肠道微生物群是土壤微生物群落和养分循环过程的重要组成部分。如果能够阐明该微生物群在调节土壤碳代谢中的作用，则能够帮助认识此类肠道细菌类群的生态作用以及促进可持续农业发展。但是到目前为止，这些蚯蚓与微生物之间的相互作用在调节碳循环中的生态功能尚未得到充分研究。
在本研究中，首先，我们发现遍布蚯蚓肠道和邻近土壤的土壤红杆菌目、纤线杆菌科和放线菌的细菌群是核心关键类群。其次，环境因素（pH和有机碳）和关键类群极大影响细菌群落的组成，并与微生物碳代谢密切相关。我们的研究结果显示，蚯蚓肠道微生物群的群落组合以及潜在关键类群在调节碳循环动力学中的生态重要性提供了新的见解。
众所周知，蚯蚓是土壤中大型无脊椎动物类的食碎屑动物，是最初定义的生态系统工程师之一。其挖掘活动和觅食活动对于维持陆地生态系统中的土壤结构和肥力、养分有效性和土壤健康具有重要意义。蚯蚓肠道中的大多数肠道微生物群源自蚯蚓挖掘活动处附近的土壤。
大多数人认为，在蚯蚓肠道大量繁殖的微生物群与土壤环境中的土著微生物群之间存在密切联系。蚯蚓肠道中巨大的空间和丰富的营养供应有助于肠道中多种细菌群落的生存。但是，肠道独特的厌氧条件为厌氧和兼性厌氧细菌创造了适宜的微环境，并且明显改变了蚯蚓肠道中细菌群落的多样性和结构。例如，据报道蚯蚓肠道中的厌氧细菌数量比土壤环境中的厌氧细菌数量高出10至1000倍。
但是，管理方案如何引起蚯蚓肠道和周围土壤之间微生物群分布的根本差异，尚未在实际的野外环境中完全确认。
已证明肠道微生物群落的多样性和组成是由环境和生物因素共同驱动的。一些研究表明，蚯蚓肠道中的细菌群落结构主要受有机碳和pH的影响。肠道细菌通常形成高度多样化和复杂的群落，共同发挥微生物群的作用。网络分析可以推断复杂细菌群落中的物种相关性，并在众多微生物物种中确定假定的关键类群。核心关键类群可以诱导宿主与肠道微生物群之间适应性共生的发生和形成，其通常与整体微生物多样性密切相关。此类关键类群的发现对于认识微生物群落的组成和稳定性至关重要。尽管人们发现食物来源塑造了肠道微生物群，但蚯蚓肠道内相关的关键类群基本保持不变。因此，对关键类群的认识将加深我们对蚯蚓肠道微生物群组合结构和养分动态下游功能后果的了解。
我们认为蚯蚓肠道是营养循环的重要场所。例如，肠道中必需营养素（碳、氮和磷）的浓度比邻近土壤环境中的浓度高2至5倍。肠道环境过滤非常影响细菌种群的定殖，并且可以选择具有不同重要功能的特定关键类群，包括固氮和脱氮工艺。普遍存在的核心类群在构建群落多样性和复杂网络以及推动地下营养循环方面具有生态重要性。特定关键类群的多样性有助于促进农业生态系统中土壤有机碳（SOC）的矿化和堆积。迄今为止，关于此类关键类群对蚯蚓肠道微环境中碳代谢的影响的报道甚少。
美国微生物学会为大家介绍这样一项研究：
研究旨在揭示在农业施肥方案下，蚯蚓是如何按照组成和功能变化来塑造其肠道中从土壤中获得的细菌微生物群。因此，作者在一项为期18年的野外试验中研究了粪肥处理下蚯蚓肠道和周围土壤中的细菌群落。
具体而言，本研究的目的是：
描述蚯蚓肠道和周围土壤中细菌群落的多样性和组成；
评估肠道细菌群落结构的驱动因素；
阐明关键类群调节碳代谢的潜在机制。据推测，蚯蚓肠道和邻近土壤之间的细菌群落结构存在显著差异。
我们进一步预测，关键类群驱动蚯蚓肠道细菌群落组成和相关碳代谢的总体变化。
作者来自中国科学院南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室
图1 蚯蚓肠道和邻近土壤中细菌群落的多样性。
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（a）香农指数；
（b）Chao1指数；
（c）肥力；
（d）均匀度。
01
论文信息
论文标题：细菌关键类群调节蚯蚓肠道中的碳代谢
作者：Guofan Zhu, Olaf Schmidt, Lu Luana, JingrongXue, Jianbo Fan, Stefan Geisen, Bo Sun, Yuji Jiang
02
摘要
蚯蚓作为土壤中重要的生态系统工程师，通过其挖掘活动和觅食活动对碳循环产生重要影响。蚯蚓不是单独发挥这些作用，其肠道能够创造特殊的栖息地，有利于复杂的细菌群落生存。但是，这些蚯蚓与微生物之间相互作用的生态功能是如何调节碳循环仍然尚未可知。
为了填补这一知识空白，我们调查了蚯蚓肠道内容物中的细菌群落结构和碳代谢活性，并将其与在长期施肥试验中的邻近土壤进行了比较。我们发现在不同的施肥条件下，蚯蚓与周围土壤相比具有不同的细菌群落。邻近土壤中的细菌多样性明显大于蚯蚓肠道中的细菌多样性。在该细菌网络中，共有三个经统计确认的关键类群遍布在蚯蚓肠道和邻近土壤中，即土壤红杆菌目、纤线杆菌科和放线菌。环境因素（pH和有机物）和关键类群是蚯蚓肠道细菌群落组成的重要决定因素。PICRUSt2（通过重建未观察到的状态对群落进行系统发育研究）和FAPROTAX（原核生物类群的功能注释）均预测邻近土壤中的碳代谢显着高于蚯蚓肠道，这与Biolog鉴定得到的微孔平均颜色变化率相一致。
结构方程模型结合相关分析表明，pH、有机物和潜在关键类群与碳代谢有显著的关系。该项研究加深了我们对蚯蚓肠道中关键类群调节碳循环机制的理解。
期刊来源
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