受精过程会影响矮牵牛（Petunia × hybrida）的基质、根际以及内生菌群（endosphere bacteriome）

　　土壤less基质中氮肥浓度对矮牵牛根际及根内微生物群落结构的影响。通过16S rRNA测序分析，发现不同氮肥处理显著改变基质pH及养分含量，进而影响根际（多样性降低，假单胞菌门富集）和根内（菌群结构受品种与施肥交互作用调控）微生物组成。高氮肥（200 mg/L）促进部分耐酸菌增殖，但降低整体多样性，且不同品种对施肥响应存在差异。结论指出氮肥管理是优化基质微生物群落的关键，同时植物遗传背景和基质化学性质共同驱动微生物组装过程。

　　
在可控环境农业（CEA）中，土壤被替换为土壤less substrates，但它们的微生物群落动态尚不明确。本研究以矮牵牛两种杂交品种（Picobella Blue和Wave Purple）为对象，在由80%泥炭和20%珍珠岩组成的基质中，探究不同氮肥水平（25、100、200 mg·L?1）对微生物群落的调控机制。实验发现，施肥率通过改变基质pH值，显著影响根际和根内微生物群落结构，同时品种差异进一步塑造了微生物组成。

### 1. 研究背景与核心问题
土壤作为微生物的主要栖息地，其理化性质（如pH、养分浓度）直接影响微生物群落结构。在无土栽培中，基质成为微生物的主要来源，但现有研究多关注单一因素（如施肥或品种），缺乏对“基质-植物”连续体中微生物动态的系统分析。本研究重点解决以下问题：
- 氮肥水平如何通过改变基质pH值和养分浓度，调控根际和根内微生物群落？
- 不同矮牵牛品种是否对微生物群落响应存在差异？
- 基质微生物群落的独特性及其对植物生长的潜在影响。

### 2. 实验设计与关键发现
#### 2.1 植物生长与养分分析
- **施肥率影响**：200 mg·L?1氮肥下，两种品种的株高、干物质重量和花芽数量均显著优于低（25 mg·L?1）和中（100 mg·L?1）肥水平。值得注意的是，Wave品种在低肥水平下完全不开花，而Picobella在100和200 mg·L?1下表现无差异。
- **养分吸收特征**：植物对氮、磷、钾的吸收效率随施肥率增加而提升。例如，Picobella在200 mg·L?1下氮含量达峰值（2.13%），而Wave在100和200 mg·L?1下氮含量相近。但铁（Fe）和锰（Mn）过量问题在施肥率较高时凸显，可能与基质酸化导致的养分溶解性增强有关。

#### 2.2 基质理化性质变化
- **pH动态**：施肥率升高导致基质pH下降（从4.51升至4.15），这种酸化效应在植物存在时更显著。 unplanted（无植物）基质pH在200 mg·L?1时为4.51，而植物生长条件下的同一施肥率下pH降至4.15。
- **养分积累特征**： unplanted基质中总氮（TN）、磷（P）、钾（K）随施肥率增加而积累，但植物存在时这些养分被快速吸收，导致 planted基质中TN、P、K浓度低于unplanted组。例如，在200 mg·L?1下，unplanted基质的TN含量为12.3 mg/kg，而potted（盆栽）组仅为5.8 mg/kg。

#### 2.3 微生物群落结构差异
- **根际（rhizosphere）群落**：施肥率升高导致α多样性（丰富度和Shannon指数）显著下降。200 mg·L?1下，Wave品种的Shannon指数比25 mg·L?1低27%。优势菌群包括：
- **Pseudomonadota**（占27.57%）：与pH降低（R2=0.78）和铵态氮（NH??）浓度正相关。
- **Actinomycetota**（11.6%）：与pH负相关，可能通过耐受低pH环境适应基质酸化。
- **Myxococcota**（2.3%）：在低肥水平（25 mg·L?1）时占比最高，属于典型寡营养菌。
- **根内（endosphere）群落**：α多样性未受施肥率显著影响，但β多样性显示菌群结构随品种和施肥率变化。优势菌群为：
- **Pseudomonadota**（30.2%）和**Actinomycetota**（29.1%）：两者占比超过60%，表明植物宿主特异性筛选。
- **Bacteroidota**（12.4%）：在Picobella品种中更丰富，可能与根系分泌的糖类相关。

#### 2.4 关键微生物功能分化
- **NH??驱动的酸化效应**：铵态氮占比60%的施肥方案导致基质pH从5.5降至4.15（200 mg·L?1），这种酸化环境促进耐酸菌（如Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia）增殖，抑制嗜中/碱性菌（如Sphingomonas）。
- **品种特异性响应**：
- **Picobella**：在100和200 mg·L?1下表现相似，可能因其耐低肥特性（如根系对铵态氮的高效利用）。
- **Wave**：仅在200 mg·L?1下达到最佳生长，说明其需要更高氮供应维持生理活性。
- **核心菌群（Core microbiome）**：根际和根内分别有29和3个核心属，其中Nocardia和Mycobacterium在两者中均存在，表明跨生态位稳定性。

### 3. 机制分析与生态意义
#### 3.1 pH-微生物互作网络
- **酸化驱动寡营养菌衰退**：pH从5.5降至4.15时，Myxococcota（R2=0.82）和Verrucomicrobiota（R2=0.79）等寡营养菌丰度下降，而Pseudomonadota（R2=0.78）和Actinomycetota（R2=0.71）等 copiotrophs 增加。
- **铵态氮的直接毒性**：NH??积累导致pH下降，抑制铁氧化细菌（如Acidothermus）活性，而耐酸菌（如Burkholderia）通过产生质子缓冲pH，维持自身种群优势。

#### 3.2 基质微生物的生态位分化
- **基质（bulk substrate）**：作为微生物库，其菌群以Actinomycetota（>80%）为主，与泥炭基质天然低pH一致。
- **根际-根内连续体**：菌群从基质（高Actinomycetota）→根际（高Pseudomonadota）→根内（双优势Pseudomonadota/Actinomycetota）呈现连续演替，符合“根际筛选假说”（rhizosphere selection hypothesis）。
- **品种特异性过滤**：Wave品种在根内筛选出更多耐酸菌（如Legionella），而Picobella依赖根际菌群的pH调节能力。

#### 3.3 管理策略启示
- **施肥优化**：建议根据品种特性调整氮肥水平。例如，Wave品种需达到200 mg·L?1才能实现与Picobella在100 mg·L?1下的生长性能等效。
- **基质改良**：掺入石灰调节pH至5.5-6.2可抑制酸化导致的寡营养菌衰退。添加腐殖酸（如木屑）可提升有机碳（TOC）含量，为共生菌提供碳源。
- **微生物接种潜力**：筛选耐酸且与Pseudomonadota/Actinomycetota共生的菌株（如Nocardia），可补偿施肥不足时的微生物功能缺失。

### 4. 研究局限与未来方向
- **样本规模限制**：仅7个重复块可能无法完全捕捉菌群变异，建议扩大实验规模（n>15）。
- **功能菌群研究不足**：未评估菌群代谢功能（如固氮、磷溶）对植物的影响，需结合16S rRNA测序与代谢组学。
- **长期效应缺失**：未跟踪施肥对微生物群落的长期驯化效应，未来可进行90天以上实验。
- **品种多样性不足**：仅研究两个矮牵牛品种，需扩展至更多野生近缘种（如Petunia integrifolia）比较驯化对微生物的影响。

### 5. 总结
本研究揭示了氮肥通过酸化效应调控土壤less基质微生物群落的机制，并首次发现矮牵牛品种对根际-根内菌群分化的影响。核心发现包括：
1. 铵态氮驱动的pH下降是根际菌群多样性降低的主因，而根内菌群更依赖植物宿主特异性筛选。
2. 品种差异源于根系分泌物的不同，例如Wave品种可能分泌更多促进耐酸菌（如Legionella）定植的糖类。
3. 200 mg·L?1氮肥虽提升植物生长，但导致Fe和Mn过量，需结合螯合剂（如EDTA）实现精准营养管理。

这些结果为无土栽培中的微生物资源开发提供了理论依据，例如通过调控基质pH和养分供应，定向富集功能菌群（如Burkholderia对重污染的耐受性），从而提升作物抗逆性并减少化肥用量。