Studie zeigt Unterschiede in der mikrobiellen Vielfalt in Vulkankegeln und Kratern

Vulkanische Aktivitäten verändern die Erdoberfläche und fördern die Entwicklung neuer Ökosysteme. Sie liefern wertvolle Modelle für die Untersuchung von Bodenbildungsprozessen wie mikrobieller Zusammensetzung und Vegetationsabfolge. Immer mehr Belege deuten darauf hin, dass Bodenmikroben bei zahlreichen ökologischen und biogeochemischen Prozessen eine zentrale Rolle spielen, darunter bei der Kohlenstoffmineralisierung, Humusbildung und dem Nährstoffkreislauf.

Angesichts der komplexen und dynamischen Wechselwirkungen zwischen Bodeneigenschaften, Pflanzenwelt und mikrobiellen Bodengemeinschaften ist ein umfassendes Verständnis der mikrobiellen Bodengemeinschaften von entscheidender Bedeutung für unser Verständnis der Ökosystemprozesse. Die Studie zeigt, dass die mikrobiellen Rhizosphärengemeinschaften der vulkanischen Boehmeria nivea L. in Nvshan, Provinz Anhui, erhebliche räumliche Unterschiede in Diversität, Struktur und Funktion aufweisen.

Vulkanischer Boden spielt eine Schlüsselrolle bei der Bildung der Vielfalt mikrobieller Gemeinschaften und beeinflusst folglich die Vielfalt der Mikroorganismen, die in der Rhizosphäre von Ramie leben. Die Forscher Finden erschien am 26. Juli 2024 in Briefe zur Bodenökologie.

Li Xiaoyu und sein Team an der Anhui Agricultural University führten eine Reihe von Studien an verschiedenen Standorten von Rhizosphärenmikrobengemeinschaften in vulkanischen B. nivea durch und kamen zu vielen interessanten Erkenntnissen. Ihre Ergebnisse deuten beispielsweise darauf hin, dass Pilzgemeinschaften anfälliger für Veränderungen in Geografie und Umwelt sind. Darüber hinaus gab es Unterschiede in der strukturellen und funktionellen Vielfalt der Rhizosphärenmikrobengemeinschaften in Vulkangruben und Vulkankegeln, was darauf hindeutet, dass die Rhizosphärenmikrobengemeinschaften hauptsächlich von vulkanischen Standorten beeinflusst wurden.

Professor Chen sagte: „Wir haben uns entschieden, die Nvshan-Region in der Provinz Anhui zu untersuchen, einen ruhenden Vulkan, der weltweit als einer der am besten erhaltenen alten Krater gilt und in der subtropischen Monsunklimazone liegt. Der durchschnittliche Jahresniederschlag beträgt 939,9 mm und die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt 15 °C. Das Vulkangebiet Nvshan weist deutliche geomorphologische Merkmale auf, darunter Krater, Lavaplattformen, Lavaströme und Vulkankegel.

„Der Vulkan hat im Laufe seiner geologischen Entwicklung viele Ausbrüche erlebt, die seine einzigartige Landschaft geformt haben. Daher bietet der Vulkan Nvshan eine geeignete, qualitativ hochwertige Plattform für die Untersuchung vulkanischer Aktivitäten und Umweltstörungen, und B. nivea spielt als Pflanze von großem wirtschaftlichen und ökologischen Wert eine Schlüsselrolle in seiner mikrobiellen Rhizosphärengemeinschaft.“

In dieser Studie stellten sie fest, dass es an verschiedenen Stellen im Rhizosphärenboden von B. nivea leichter war, Bakterien als Pilze zu unterstützen, ein Phänomen, das auf eine erhöhte Störungsintensität zurückgeführt werden könnte, die zum Verschwinden seltener Pilzarten und damit zu einem Rückgang der Artenvielfalt führen könnte. Das Zi-Pi-Diagramm veranschaulicht die entscheidende Rolle der Schlüsselarten.

Ein Schritt untermauert diese Beobachtung und zeigt, dass der Anteil bakterieller Generalistenarten sowohl im Krater (15,5 % vs. 11,7 %) als auch im Kegel (19,2 % vs. 13,9 %) höher ist als der der Pilze. Actinomyceten und Acidobacteria dominieren die Bakteriengemeinschaft, während Ascomyceten und Basidiomyceten die Pilzgemeinschaft dominieren.

Actinomyceten spielen eine entscheidende Rolle beim Humusabbau, da sie über mehrere enzymvermittelte Abbaufähigkeiten verfügen und unter ernährungsbedingt eingeschränkten Bedingungen gedeihen können. Im Gegensatz dazu zeigen Pilze im Vergleich zu Bakterien eine größere Fähigkeit zum Abbau komplexer organischer Polymere wie Polyphenole, Hemicellulose und feuerfeste Cellulose.

Professor Chen fügte hinzu: „Wir haben außerdem die RMT-Zufallsmatrixtheorie verwendet, um Netzwerke für das gemeinsame Vorkommen von Bakterien und Pilzen zu etablieren und so die Muster des gemeinsamen Vorkommens von mikrobiellen Gemeinschaften in Vulkangruben und -kegeln zu untersuchen.“

Im Vergleich zu Bakteriennetzwerken haben Pilznetzwerke eine komplexere mikrobielle Gemeinschaftsstruktur mit größerer Modularität und eng verbundenen Knoten. Im Vergleich zum Krater hat der Kegel in seinen jeweiligen Bakteriennetzwerken einen niedrigeren avgCC-Wert und einen höheren avgK-Wert. In seinen jeweiligen Pilznetzwerken hatte der Kegel jedoch niedrigere avgK- und avgCC-Werte, was darauf hindeutet, dass er die Komplexität der mikrobiellen Symbiose verringerte.

Darüber hinaus stellten wir anhand der SEM-Ergebnisse fest, dass der Einfluss der mikrobiellen α-Diversität auf die mikrobielle Vielseitigkeit deutlicher war als der der mikrobiellen β-Diversität. Die α-Diversität von Mikroorganismen in Kratern hat einen direkten und positiven Einfluss auf ihre jeweiligen multifunktionalen Fähigkeiten.

„Durch die Untersuchung der Auswirkungen von Vulkanen auf die mikrobielle Rhizosphärengemeinschaft von Ramie können wir den Mechanismus der vulkanischen Aktivität auf das Bodenökosystem gründlich verstehen und eine wissenschaftliche Grundlage für den Schutz der ökologischen Umwelt rund um Vulkane und die rationelle Nutzung der Landressourcen schaffen. Darüber hinaus ist die Forschung zur mikrobiellen Rhizosphärengemeinschaft von Ramie hilfreich, um den Mechanismus der mikrobiellen Wirkung auf das Pflanzenwachstum und das Bodenökosystem zu erforschen, und bietet theoretische Unterstützung und technische Anleitung für die landwirtschaftliche Produktion und das Bodengesundheitsmanagement“, sagte der Forscher.