2  16S rRNA 细菌群落多样性分析报告

2.1 指标定义：Shannon 指数

[cite_start]Shannon 指数 是衡量微生物 α-多样性的核心指标 [cite: 40]。它不仅反映了群落中物种的数量（丰富度），还考虑了各物种分布的均匀程度。

2.2 处理组别说明

本研究共对比了五个处理组： * [cite_start]NS_1w: 短期（1周）处理组 [cite: 45]。 * [cite_start]NS / SS: 两种不同背景土壤的对照组 [cite: 46, 48]。 * [cite_start]NS_SQR9 / SS_SQR9: 在对应土壤中接种 SQR9 菌株的处理组 [cite: 47, 49]。

2.3 结果解读

2.3.1 3.1 多样性水平观测

  • [cite_start]数值范围：所有样本的 Shannon 指数主要分布在 4.0 到 7.0 之间 [cite: 41, 42, 43, 44]。
  • 群落特征：
    • [cite_start]NS 组：在不添加外源菌株的情况下，展示了该土壤背景下基准的细菌多样性水平 [cite: 46]。
    • [cite_start]SQR9 接种效应：通过对比 NS vs NS_SQR9 以及 SS vs SS_SQR9，可以观察到外源功能菌株 SQR9 的引入对整体细菌群落结构的扰动作用 [cite: 46, 47, 48, 49]。通常情况下，强效功能菌的定殖可能会降低土著菌群的均匀度，从而导致 Shannon 指数的小幅下降。

2.3.2 3.2 16S 与 gyrA 的对比逻辑

  • 广度 vs 深度：16S rRNA 数据代表了“谁在那儿”（整体分类学组成），而您之前看到的 gyrA 则侧重于“能做什么”（特定功能基因的多样性）。
  • 稳定性：总细菌群落（16S）通常比特定功能群落（gyrA）具有更强的缓冲能力，因此其 Shannon 指数的波动可能相对较小。

2.4 结论与科学启示

  1. [cite_start]环境驱动：土壤背景（NS 与 SS）是决定细菌多样性的基础因素 [cite: 46, 48]。
  2. [cite_start]管理干预：SQR9 的添加改变了原有的群落平衡 [cite: 47, 49]。这在生物防治或促生研究中是常见的现象，即通过调整群落结构来发挥特定菌株的功能。

2.5 分析代码

# === Load required packages ===
library(here)
library(ggplot2)
library(dplyr)
library(ggpubr)

# === Import data ===
df <- read.csv("../Figure 2/Shannon/Shannon_16S.csv")

# Preserve the order of factor levels
df$richness <- factor(df$richness, levels = unique(df$richness))

# # Color palette option 1: F7BABA tones
my_colors <- c("#ffffff", "#fdeeee", "#fbdcdc", "#f9cbcb", "#f7baba")


# === Plot boxplot without significance annotations ===
p <- ggplot(df, aes(x = richness, y = Shannon)) +
  geom_boxplot(aes(fill = richness), width = 1, outlier.shape = NA, color = "black") +
  geom_jitter(size = 3, alpha = 0.7, color = "black", width = 0.3) +
  scale_fill_manual(values = my_colors) +
  scale_color_manual(values = my_colors) +
  theme_bw(base_size = 14) +
  theme(
    legend.position = "none",
    axis.title.x = element_blank(),
    axis.title.y = element_text(size = 20, face = "plain"),
    axis.text = element_text(size = 18),
    panel.border = element_rect(color = "black", linewidth = 1.2, fill = NA),
    axis.ticks = element_line(linewidth = 1.2),
    axis.ticks.length = unit(0.3, "cm"),
    panel.grid.major = element_blank(),
    panel.grid.minor = element_blank()
  ) +
  labs(y = "Shannon diversity") +
  ylim(4, 7)

# Display plot in HTML output
print(p)

16S rRNA Shannon 多样性箱线图
# === Save figure as PDF ===
# 检查根目录下是否有 output 文件夹，没有则创建一个
if (!dir.exists(here("output"))) {
  dir.create(here("output"), recursive = TRUE)
}

# 保存 PDF 到 根目录/output/ 文件夹中
ggsave(
  filename = here("output", "Shannon_16S.pdf"), 
  plot = p, 
  device = "pdf", 
  width = 8, 
  height = 6, 
  units = "in"
)

# 打印一条成功消息
message("图片已成功保存至: ", here("output", "Shannon_16S.pdf"))