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火山环境具有高地球化学背景的特点，是研究不同风化阶段区域土壤形成过程的理想场所，这些风化阶段导致重金属浓度升高，特别是镉。由于其高毒性和不可生物降解性，对土壤胞外酶和微生物群落产生显著影响。火山喷发过程中会产生大量的火山灰、岩浆等喷射物，影响自然的陆地生态系统。随后，矿物表面被微生物定殖，在土壤形成过程中起着至关重要的作用。土壤微生物群落通常由相对较少的优势种和大量的低丰度种组成，被称为“稀有生物圈”。丰富和稀有类群普遍表现出独特的结构和功能特征。因此，研究稀有和丰富类群生物圈的群落组装和结构的机制对于理解微生物驱动的生态系统过程至关重要。在自然生态系统中，微生物群落的物种分布主要是不平衡或偏斜的，其中少数物种丰富，而大多数物种稀少。丰富类群的少数物种占据了大部分生物量，而稀有类群数量多，丰度低。以往的研究表明，在生态系统中，稀有和丰富的分类群表现出不同的功能和特征。例如，在沙质土壤调查中，去除50%的稀有序列后，不再观察到以前群落组成的大量更替。稀有和丰富的类群往往表现出明显的功能特征和分布格局。此外，湖泊、草地和森林土壤也有许多报道，其中稀有和丰富的类群都起着至关重要的作用。关于火山生态系统中受镉污染影响的微生物群落组成和结构的报道很少。因此，为了解决这些知识空白，研究Cd污染环境中稀有和丰富分类群之间的组装过程和结构变化是很有意义的。研究不同镉污染对丰富和稀有细菌、真菌和古菌类群多样性、共现模式和群落组装的影响。稀有类群的多样性显著高于丰富类群。丰富类群比稀有类群更稳定，对高镉胁迫的抗性更强。同时，丰富或稀有类群之间的频繁合作可能有助于其群落抵御环境变化。此外，细菌、真菌和古菌在镉胁迫下的群落组装量也存在显著差异。丰富类群的组装过程以随机过程为主，而稀有类群的组装过程以确定性过程为主。这些结果可以帮助我们理解微生物群落之间如何应对环境的变化，并有助于了解本地微生物的基本特征。![]()
图1、稀有和丰富群落中前25个最丰富分类群的系统发育模式和环境关联。
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图2、不同镉污染水平下，基于ASV水平上对丰富和稀有细菌、真菌和古菌群落的共现网络分析。
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图3、基于零模型分析不同镉污染水平下丰富和稀有细菌、真菌和古菌群落的组装过程。
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图4、一个概念框架，展示火山生态系统中不同镉污染水平对丰富和稀有群落组成及结构的影响。
该研究成果于近日在线发表于国际Top期刊CATENA上。主要单位：安徽农业大学生命科学学院、抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室、作物抗逆优质生物学安徽省重点实验室。硕士生肖清臣为论文第一作者，陈金副教授和李晓玉教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（32201308和U21A20235）、安徽省重点研发计划项目（202204c06020021）和国家重点研发计划项目（2023YFD1901002）资助。引用：
Qingchen Xiao, Boyan Wang, Ye Cui, Zishan Li, Xiaowan Geng, Keqing Lin, Xiaoyu Li, Jin Chen, Distinct co-occurrence patterns and assembly processes of abundant and rare taxa under cadmium stress in volcanic areas, CATENA, 248, 2025, 108604.原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108604
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