《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》：Morphological traits comparable to molecular approaches for soil nematode community analysis: a meta-analysis and field experiment
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高通量测序与形态学方法在土壤线虫群落分析中显示较高一致性，尤其在食性组群、多样性指数及群落结构响应耕作施肥管理方面。但分子方法存在物种丰富度估算偏高、香农指数和均匀度偏低，以及杂食性-捕食性比例估算偏差等问题，提示需优化分子方法（如引物覆盖、参考数据库及功能 trait 链接）以提高生态应用准确性。
张雅丽|韩佳瑶|乔安·K·惠伦|秦明森|李晨宇|刘永军
中国兰州大学生态学院草业改良与草地农业生态系统国家重点实验室，兰州，730000
摘要
高通量测序（HTS）已成为分析土壤线虫群落最广泛应用的分子方法，但其与传统基于形态学的方法的一致性尚未得到充分验证。在此，我们通过一个包含耕作和施肥处理的对照田间实验数据（n = 36）以及146个来自系统荟萃分析的额外数据点，比较了基于分子（HTS）的方法和形态学方法在描述线虫群落方面的效果。大多数群落层面的指标，包括营养组、多样性指数、生态指标、整体群落结构及其对耕作和施肥的反应，在两种方法之间是一致的，表明分子数据可以提供与形态学分析相当的可靠生态见解。然而，分子方法检测到的属丰富度较高，但香农指数和均匀度指数较低，并且倾向于高估杂食性-捕食性线虫的数量，同时低估了植食性线虫的数量，从而导致成熟度和结构指数出现差异。这些不一致性突显了在解释分子数据时必须仔细考虑的方法学偏差。通过整合实证和荟萃分析的证据，我们的研究提供了迄今为止关于分子方法和形态学方法在评估土壤线虫群落方面一致性的最全面评估之一。未来的工作应集中在改进分子方法上，包括提高引物覆盖率、扩展参考数据库以及将DNA序列与功能特征联系起来，以进一步提高HTS在线虫多样性监测和土壤生态系统评估中的准确性和生态实用性。
引言
线虫是地球上数量最多、分布最广的动物，在全球养分循环和能量流动中起着关键作用（van den Hoogen等人，2019年）。尽管已有超过300年的研究，我们对线虫多样性和群落组成的理解仍然有限，主要是因为它们的分类鉴定较为困难（Seesao等人，2017年）。传统的线虫群落研究依赖于提取出的线虫的形态学特征，但这种方法劳动强度大、耗时且需要专门培训。虽然形态学特征适用于将成熟线虫鉴定到属或科的水平，但对于幼虫或单性线虫来说这些特征并不具有决定性，而在环境样本中这些线虫的描述较为缺乏（Porazinska等人，2009年；Darby等人，2013年）。形态学鉴定方法的局限性使得需要开发一种替代方法来准确高效地描述线虫的多样性和群落组成。
在过去几十年中，生物学家和生态学家采用了基于DNA的分子技术来理解从基因到群落层面的生物。高通量测序已被证明是一种快速且有用的工具，可用于记录各种生态系统中线虫群落的物种多样性和组成（例如Liu等人，2023年；Coulibaly等人，2025年；Tóth和Korponai，2025年），尽管在线虫特异性PCR引物和参考序列数据库方面仍存在一些挑战（Sikder等人，2020年）。理论上，高通量测序可以根据PCR拷贝数（读段）在总PCR拷贝数中的比例来反映一个分类单元的相对丰度，这应该与该分类单元基于生物量而非个体数量计算出的相对丰度呈正相关（Du等人，2020年）。因此，通过高通量测序获得的分类单元/组的相对丰度可能与基于形态学鉴定和个体计数的结果不同，因为线虫在体型、生物量和DNA GC含量方面存在显著的种间变异（Ferris等人，2001年；Mitreva等人，2006年）。尽管如此，多项研究表明，高通量测序和形态学方法在揭示线虫多样性和分类组成方面可以得出相似的结果（Kitagami等人，2022年；Pan等人，2024年），这表明这两种方法在回答生态问题时可能提供相似的模式。
为了比较分子（即高通量测序）和形态学方法在描述土壤线虫群落方面的营养组、多样性和生态指标方面的效果，我们在一个包含耕作和施肥处理的田间实验中使用了这两种方法（n = 36），并从一个系统荟萃分析中获得了146个额外数据点。我们假设分子和形态学方法会对线虫群落结构提供相似的评估，并对生态问题提供一致的见解，这一点从每种方法得出的线虫变量之间的强相关性以及它们对耕作和施肥处理的相似反应中得到了验证（H1）。然而，由于杂食性-捕食性线虫通常具有较大的体型和每个个体更多的DNA，我们还假设基于测序的数据可能会高估它们的相对丰度（H2）。此外，鉴于DNA条形码技术在属或物种水平上提供了更精细的分类分辨率，并且能够检测到即使是经验丰富的分类学家也难以识别的隐秘、稀有或形态上无法区分的分类单元（Geisen等人，2018年），我们预计分子方法会揭示出比形态学鉴定更高的线虫分类丰富度（H3）。
研究地点描述和土壤采样
土壤样本采集自中国西北部镇原县的一个长期农业实验田（建立于2005年）（北纬35°29′42″，东经107°29′36″；海拔1249米）。该实验包括六种施肥方案（包括一个未施肥的对照组和五种含有氮（N）、磷（P）和/或粪肥的处理），这些处理嵌套在两种耕作系统（传统耕作和免耕）中。每种处理组合在三个区块中重复进行，共计
结果
在我们的田间实验中，分子方法和形态学方法在线虫营养组的相对丰度方面显示出显著的一致性。对于细菌食者、真菌食者和植食者，测序数据解释了43-58%的样本间变异（所有P < 0.0001；图1a-c），而对于杂食性-捕食者，解释的变异仅为15%（P = 0.02；图1d）。此外，大多数群落属性，包括香农指数、成熟度指数和结构
讨论
我们的田间实验和荟萃分析一致表明，分子方法和形态学方法可以揭示相似的线虫群落结构。大多数线虫变量，包括营养组、多样性指标、生态指标和整体群落组成，在两种方法之间显著且呈正相关。此外，在我们的田间实验中，两种方法得出的大多数线虫变量对耕作的反应相似
CRediT作者贡献声明
张雅丽：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。韩佳瑶：撰写——初稿，可视化，验证，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。乔安·K·惠伦：撰写——审稿与编辑。秦明森：撰写——审稿与编辑，方法学。李晨宇：撰写——审稿与编辑，方法学。刘永军：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2023YFF0805602）、国家自然科学基金（32171579、32471674）、甘肃省自然科学基金（23JRRA1029）以及中国西南野生动物资源保护重点实验室（教育部）的开放项目资助（XNYB24-02）的支持。
