ABSTRACT
半干旱农田土壤管理通常关注减少风蚀、提升肥力和碳储存。本研究通过比较传统耕作（CT）、免耕冬季休耕（NT）和免耕冬小麦覆盖（NTW）三种系统，发现免耕是改变微生物基因表达的关键因素，特别是上调了与光合系统相关的功能基因。这些功能与早期生物结壳形成菌群相关，可能为半干旱农业系统带来除防风蚀外的额外生态效益。

INTRODUCTION
保护性耕作（如免耕和覆盖作物）被广泛认为能改善土壤健康。半干旱土壤具有天然低碳氮资源和微生物丰度特点，保护性管理主要针对防风蚀和碳储存。前期研究表明覆盖作物能改变微生物群落结构，但群落变化不一定反映功能改变。本研究通过宏转录组学分析三种管理系统的微生物基因表达差异。

MATERIALS AND METHODS
试验在美国德克萨斯州半干旱棉田进行，采用随机区组设计。土壤样本在实施保护措施4-5年后采集，进行理化分析和RNA提取。通过Illumina NovaSeq 6000测序，使用NMDC EDGE平台进行功能注释，DESeq2分析差异表达。

RESULTS
土壤特性：NH₄⁺-N在2019年CT系统中异常升高，pH和GWC存在年际差异。宏转录组分析显示：

1. 免耕系统（NT/NTW）显著上调光合相关基因（K02703、K02689等），这些基因与蓝细菌（如Chroococcidiopsis spp.）相关
2. NTW系统在2019年显著降低真菌病毒标记PF05919（Mitovirus RNA聚合酶）的表达
3. 功能丰富度无显著差异，但表达谱在CT与免耕系统间存在显著分离
4. 年际差异主导表达变化，58个功能基因存在年际差异表达

DISCUSSION

1. 功能与结构的非同步变化
   微生物群落结构变化未导致功能丰富度改变，但免耕显著改变了功能表达谱。环境过滤效应对功能表达具有强选择压力。

2. 保护性管理的功能特异性影响

• 免耕促进生物结壳发育：上调的光合基因和橙胡萝卜素蛋白（PF09150）表明蓝细菌在免耕系统表面形成早期生物结壳
• 覆盖作物潜在抗病性：NTW系统可能通过降低真菌病毒载量抑制病害

3. 生态学意义
   免耕使农田微生物生态更接近自然半干旱生态系统，表面环境选择压力促进耐旱菌群定殖。生物结壳的形成可能为半干旱农业系统提供未被充分认识的生态服务。

4. 年际变异的影响
   2019年应激响应基因（热激蛋白、硝酸盐还原酶等）上调，可能与当年较低pH和GWC相关。

CONCLUSIONS
保护性耕作通过改变土壤物理化学相互作用调控微生物基因表达。免耕促进生物结壳相关功能表达，覆盖作物可能提供额外病害抑制效益。这些发现为气候变化背景下半干旱农田可持续管理提供了微生物学依据。未来研究应关注生物结壳在农业生态系统中的形成机制和功能。

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