基于 454高通量測序的黃土高原不同喬木林土壤細菌群落特征

劉 洋,曾全超,黃懿梅(西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院,陜西 楊凌 712100)

基于 454高通量測序的黃土高原不同喬木林土壤細菌群落特征

劉 洋,曾全超,黃懿梅*(西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院,陜西 楊凌 712100)

選取黃土高原不同喬木林(遼東櫟, LDL;側(cè)柏, CB;刺槐, CH;油松, YS)表層土壤為研究對象,利用第二代高通量測序技術(shù)羅氏454平臺對其進行16S rRNA基因V1～V3可變區(qū)測序,通過分析其Alpha多樣性、物種組成和豐度、群落結(jié)構(gòu),結(jié)合土壤的理化性質(zhì)研究其對細菌群落結(jié)構(gòu)的影響.結(jié)果表明：所有土壤樣品共檢測到36個門,84個綱,187個目.不同喬木林土壤中優(yōu)勢菌來自變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌(Chloroflexi)和浮霉菌門(Planctomycetes),主要的優(yōu)勢菌綱為放線桿菌綱(Actinobacteria)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、酸桿菌(Acidobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、浮霉菌綱(Planctomycetacia).不同喬木林土壤中綠彎菌門(Chloroflexi)與pH值呈極顯著的正相關(guān),總磷和藍細菌(Cyanobacteria)呈極顯著的正相關(guān),微生物生物量碳與芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)呈極顯著的負相關(guān),土壤總磷含量可能為CB樣地區(qū)別于其他土樣群落組成的主要因素. LDL樣地細菌群落受環(huán)境影響較小.

454高通量測序；子午嶺；不同喬木林；土壤細菌；環(huán)境因子

土壤是一個非常復雜的環(huán)境體系,而土壤微生物是聯(lián)系土壤與植物的紐帶,同時土壤微生物還參與土壤中碳、氮循環(huán),對于全球氣候變化有著不忽略的影響[1-2].由于土壤微生物物種豐富、難以培養(yǎng)、功能多樣,土壤中可培養(yǎng)微生物僅占到土壤整個微生物群落的 1%～10%,通過傳統(tǒng)的純培養(yǎng)方法不能準確、全面地反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與分布狀況[4].21世紀以來,新一代高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展,可直接測序16S rRNA基

因的PCR產(chǎn)物,每次測序可獲得數(shù)以百萬甚至億萬條基因序列,由于其通量高、反應靈敏、序列數(shù)多,是研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、功能特性的重要技術(shù)手段[5].目前第二代測序技術(shù)已經(jīng)成為研究微生物的重要技術(shù)手段.相比傳統(tǒng)的測序方法,高通量測序技術(shù)能夠更加準確全面地反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征[6],已經(jīng)被眾多學者應用于土壤生態(tài)系統(tǒng)的研究[7-11].

黃土高原作為典型退化生態(tài)系統(tǒng)的代表,同時也是中國乃至世界重大的侵蝕區(qū).1999年來,我國在黃土高原開展了大規(guī)模的植樹造林、退耕還林還草生態(tài)工程,并取得了顯著的成效,植被覆蓋度與土壤質(zhì)量都得到了不同程度的改善[12].而土壤微生物在這過程起著非常重要的作用.目前,研究黃土高原不同植被類型土壤微生物主要采用的是傳統(tǒng)的純培養(yǎng)法[13]、磷脂脂肪酸法[14-15]、PCR-RFLP 等方法[16],由于以上傳統(tǒng)方法的局限性,不能準確直觀地解析土壤微生物的變化規(guī)律.因此,本研究選取黃土高原子午嶺林區(qū)四種典型喬木林的土壤為研究對象,采用羅氏454焦磷酸高通量測序方法,研究其土壤微生物多樣性,探討植被恢復對土壤微生物多樣性的影響,以期為黃土高原植被恢復和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

子午嶺地跨陜西、甘肅2省,處于黃土丘陵區(qū)的腹地,子午嶺林區(qū)是黃土丘陵區(qū)目前保存較好的天然植被區(qū),是黃土丘陵區(qū)中部地帶重要的次生原始森林.子午嶺地理坐標為 107°30′～109°40′E,33°50′～36°50′N.地勢南高北低,自西向東北傾斜,海拔為 1300～1700m,該區(qū)域處于森林草原和半干旱草原的過渡區(qū),氣候溫和濕潤,其北小半部屬隴中北部溫帶半干旱氣候,南大半部屬隴中南部溫帶半濕潤氣候,年平均氣溫為 7.4～8.5℃,極端最低溫度為-27.7℃,極端最高氣溫為36.7℃,≥10℃的活動積溫 2671.0℃,無霜期110～150d,平均降水量 587.6mm,干燥度 0.97,平均相對濕度 63%～68%,地帶性土壤以石灰性灰褐土為主.

1.2 樣品采集

樣品于2013年8月采集自中科院水土保持研究所子午嶺土壤侵蝕與生態(tài)環(huán)境觀測站附近,選擇4種年齡相近(15a左右)的典型喬木林,分別為遼東櫟、側(cè)柏、油松、刺槐,樣地基本信息見表 1.每種喬木林下,都選擇地形較為相似的3塊樣地作為野外重復,每塊樣地相距至少 2.5km,在各個樣地內(nèi)設(shè)置3個20m×20m的樣方,在每一個樣方內(nèi)由下向上按S形布點法選5個采樣點,在各點利用土鉆采集0～5cm的土樣,去除根系、石塊、混勻后分成2份,1份立即放入-80℃的冰箱里保存用于DNA的提取,1份存儲于4℃冰箱中,用于測定土壤的理化性質(zhì).

表1 不同喬木林樣地描述Table 1 The description of sample sites in different arbors forests

1.3 土壤基本特性分析

土壤有機質(zhì)、全氮、總磷、容重、含水率均按照《土壤農(nóng)化分析》的標準方法進行分析測定[17].土壤微生物生物量碳氮采用氯仿熏蒸0.5mol/LK2SO4浸提法[18-19].其中浸提液中的溶解性碳(DOC)采用總有機碳分析儀(Phoenix 8000,美國) 測定,由熏蒸與未熏蒸土樣的 DOC差值計算得到微生物生物量碳 (MBC);浸提液中溶解性氮 (DON)采用堿性過硫酸鉀氧化法測定[20](UV 2800A),熏蒸與未熏蒸土樣的DON的

差值得到微生物生物量氮(MBN).微生物生物量碳氮的轉(zhuǎn)換系數(shù)均為0.45[21].

1.4 土壤微生物DNA的提取

每種土壤樣品稱取0.5g用于DNA提取,使用OMEGA 公司 E.Z.N.A Soil DNA試劑盒抽提基因組DNA.完成DNA的提取后,利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測抽提的基因組DNA.

1.5 PCR擴增與焦磷酸 454測序

PCR 采用 TransGen AP221-02：TransStart Fastpfu DNA Polymerase;PCR 儀 ：ABI GeneAmp? 9700型;全部樣品按照正式實驗條件進行,每個樣品3個重復,將同一樣品的PCR產(chǎn)物混合后用 2%瓊脂糖凝膠電泳檢測,使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司)切膠回收PCR產(chǎn)物,Tris_HCl洗脫;2%瓊脂糖電泳檢測.參照電泳初步定量結(jié)果,將 PCR產(chǎn)物用QuantiFluor?-ST藍色熒光定量系統(tǒng)(Promega公司)進行檢測定量,之后按照每個樣品的測序量要求,進行相應比例的混合.

按指定測序區(qū)域,合成帶有“5’ 454A、B接頭-特異引物 3’”的融合引物.引物為 27F(5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’)和 533R(5’-TTACCGCGGCTGCTGGCAC-3’)[6]用Roche GS FLX+ Sequencing Method Manual_XLR70kit(上海美吉生物有限公司)進行上機測序.

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 基本數(shù)據(jù)處理 所有數(shù)據(jù)經(jīng)過 Excel 2013處理,利用SPSS 20.0進行單因素方差分析析(One-Way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)進行分析比較.

1.5.2 測序數(shù)據(jù)的分析與處理 (1)序列的優(yōu)化及去雜

根據(jù) barcode 序列區(qū)分各個樣品的測序數(shù)據(jù),提取的數(shù)據(jù)以 sff(Standard flowgram format)格式保存,sff文件屬二進制文件,可以提取出fasta序列文件和qual質(zhì)量文件.高通量測序中通常會出現(xiàn)一些點突變和高分子均聚物等測序錯誤,隨著測序長度的增加序列末端的質(zhì)量會降低,為了得到更高質(zhì)量及更精準的生物信息分析結(jié)果,則應對有效序列進行去雜和修剪得到優(yōu)化數(shù)據(jù).使用軟件Mothur(vsesion 1.17http：//qiime. org/)對數(shù)據(jù)去雜[22].

(2)OTU聚類

OTU(Operational Taxonomic Units)是在系統(tǒng)發(fā)生學或群體遺傳學研究中,為了便于進行分析,人為給某一個分類單元(品系,屬,種、分組等)設(shè)置的同一標志.要了解一個樣本測序結(jié)果中微生物的種屬信息,就需要對序列進行歸類操作.通過歸類操作,將序列按照彼此的相似性分歸為許多小組,一個小組就是一個 OTU.可根據(jù)不同的相似度水平,對所有序列進行 OTU 劃分,通常在97%的相似水平下的OTU進行生物信息統(tǒng)計分析.軟件平臺：Usearch(vsesion 7.1http：//drive5. com/uparse/).

(3)分類學分析

為了得到每個OTU 對應的物種分類信息,采用 RDP classifier 貝葉斯算法對 97%相似水平的OTU 代表序列進行分類學分析,并分別在各個分類水平(門,綱,目,科,屬,種)統(tǒng)計各樣本的群落組成.比對數(shù)據(jù)庫如下：16S細菌和古菌核糖體數(shù)據(jù)庫(Silva(Release119http：//www.arbsilva. de); RDP(Release 11.1 http：//rdp.cme.msu. edu/) Greengene (Release13.5http：//greengenes. secondgenome. com/).

(4)多樣性指數(shù)分析

群落生態(tài)學中研究微生物多樣性,通過單樣本的多樣性分析可以反映微生物群落的豐度和多樣性,包括一系列統(tǒng)計學分析指數(shù)估計環(huán)境群落的物種豐度和多樣性.

計算菌群豐度的指數(shù)有：①Chao：是用 chao1算法估計群落中含OTU數(shù)目的指數(shù),chao1在生態(tài)學中常用來估計物種總數(shù),由Chao (1984)最早提出.②Ace：用來估計群落中含有OTU數(shù)目的指數(shù),由 Chao提出,是生態(tài)學中估計物種總數(shù)的常用指數(shù)之一,與Chao的算法不同.

計算菌群多樣性(Community diversity)的指數(shù)有：①Simpson：用來估算樣品中微生物的多樣性指數(shù)之一,由Edward Hugh Simpson (1949)提出,在生態(tài)學中常用來定量的描述一個區(qū)域的生物多樣性.Simpson指數(shù)值越大,說明群落多樣性

越低.②Shannon：用來估算樣品中微生物的多樣性指數(shù)之一.它與Simpson多樣性指數(shù)均為常用的反映alpha多樣性的指數(shù).Shannon值越大,說明群落多樣性越高.

測序深度指數(shù)有：Coverage：是指各樣品文庫的覆蓋率,其數(shù)值越高,則樣本中序列沒有被測出的概率越低.該指數(shù)實際反映了本次測序結(jié)果是否代表樣本的真實情況.

對OTU列表中獲得的分類信息與豐度進行整理,在門和綱分類水平下對各樣品進行物種豐度統(tǒng)計及 RDA分析,可得到樣品中群落組成結(jié)構(gòu)、相似性以及群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系.其中 RDA(基于線性模型)分析圖是一種基于對應發(fā)展的排序方法,將對應分析與多元回歸分析相結(jié)合,每一步計算均與環(huán)境因子進行回歸,又稱多元直接梯度分析,可以反映群落組成與環(huán)境因子之間的關(guān)系.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

不同喬木林下土壤的基本理化性質(zhì)見表 2.子午嶺區(qū) 4種喬木林土壤為弱堿性,pH值在 7.84～ 8.17之間變動,不同植被之間差異不顯著(P＞0.05).土壤容重為0.69～1.10g/cm3,LDL＞CB＞ YS＞CH.土壤含水率LDL最高,其他3種喬木林變化不大.土壤有機碳不同植被之間差異顯著,LDL＞CB＞YS＞CH.土壤全氮表現(xiàn)出與土壤有機碳相同的變化趨勢,LDL顯著高于其他植被群落(P＜0.05).

表2 不同喬木林下土壤的基本特性Table 2 Soil biochemical properties under different arbors forests

如表 3所示,不同喬木林土壤 MBC為 350.83～693.15mg/kg,且含量大小順序為 LDL＞ CB＞YS＞CH,其中 LDL和 CB顯著高于 YS、CH(P＜0.05).土壤MBN在52.21～93.61mg/kg之間變化,大小順序為：LDL＞CB＞YS＞CH,LDL和CB顯著大于YS和CH.4種喬木林土壤微生物量碳氮比值(MBC/MBN)大體在6～8之間變化,比值大小順序為 YS(7.76)＞LDL(7.39)＞CH(6.73)＞CB(6.72),不同喬木林土壤微生物量氮占全氮的比例在 3.21%～5.03%之間變化,微生物量碳占總有機碳比例為 2.02%～3.29%.土壤碳氮比(SOC/ TN)為8.46～12.42,CH最低,LDL最高.

表3 不同喬木林下土壤的微生物生物量碳氮以及比值Table 3 Soil microbial biomass under different arbors forests

2.2 Alpha 多樣性分析結(jié)果

如表 4所示,4種樣品分別獲得有效序列數(shù)為10405、8500、8601、9306,樣品的平均覆蓋率為90%,且稀釋曲線趨于平臺期,表明該測序效果

理想.在 97% 分類水平下,黃土高原不同喬木林下微生物 Chao、Ace、Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)、OTU數(shù)量有所差異.Chao指數(shù)大小順序為：YS＞ CH ＞ CB ＞LDL;Ace指數(shù)為YS＞ CH ＞ CB＞LDL,Shannon指數(shù)大小順序為：YS＞CB＞CH＞LDL;Simpson指數(shù)大小順序為：LDL＞CH＞CB＞YS.OUT數(shù)目為 1969～2435,YS＞CB＞CH＞LDL. YS喬木林下土壤微生物的多樣性最高,LDL土壤微生物多樣性最低.

表4 序列統(tǒng)計及多樣性指數(shù)Table 4 Sequence statistics and diversity index

2.3 群落結(jié)構(gòu)組成分析

如圖1A 所示,通過454高通量測序發(fā)現(xiàn)4種黃土高原不同喬木林下的土壤中檢測到的主要微生物有：放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、裝甲菌門(Armatimonadetes)、藍菌門(Cyanobacteria)等.變形 菌 門 (Proteobacteria)、 放 線 菌 門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes)是土壤中占主導地位的微生物類群,約占到了所有微生物總數(shù)的 80%～85%以上.不同喬木林下放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度變化范圍為12.66%～19.15%,YS＞CB＞LDL＞CH;變 形菌門(Proteobacteria)的 變 化 范 圍 為 29.40%～37.90%,CB＞CH＞LDL＞YS;綠彎菌門(Chloroflexi)的變化范圍為9.25%～14.67%,CH＞YS＞LDL＞CB;酸桿菌門(Acidobacteria)的變化范圍為 8.51%～20.21%,LDL＞YS＞CB＞CH; 浮 霉 菌 門(Planctomycetes)的變化范圍為 7.99%～10.02%, YS＞CH＞LDL＞CB; 芽 單 胞 菌 門(Gemmatimonadetes)的變化范圍為3.05%～6.27%, CH＞YS＞CB＞LDL.

如圖 1B所示,在綱分類水平上,不同喬木林下土壤主要的優(yōu)勢菌分別為放線桿菌綱(Actinobacteria)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、酸 桿 菌 (Acidobacteria)、 β-變 形 菌 綱(Betaproteobacteria)、浮霉菌綱(Planctomycetacia) (所占的比例分別為 12.66%～ 19.15%, 15.00%～24.11%, 8.51%～20.21, 4.61%～11.68%, 4.38%～5.36%.α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)在 CB、LDL樣地分布較多,β-變形菌綱(Betaproteobacteria)在 YS、CH 樣地分布較多.浮霉菌綱(Planctomycetacia)、厭氧繩菌綱(Anaerolineaceae)、 Phycisphaerae、δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)在不同喬木林下差異較小.

圖1 門和綱分類水平下的微生物群落組成Fig.1 The relative richness of soil bacterial community at phylum (A) and class (B) levels

2.4 環(huán)境因素對微生物群落的影響

土壤細菌在門分類水平上的相對豐度與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系如圖 2 所示.從圖 2 中可看出,CB 和LDL 與YS、CH 土樣的微生物群落結(jié)構(gòu)差異較大,土樣分別位于第一、二、三象限.YS與 CH土壤的微生物物種分布差異較小,豐度較高的是綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes)、酸桿菌門(Acidobacteria)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)在 LDL樣地分布較多.pH值與綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes)群落正相關(guān),TP與變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、藍菌門(Cyanobacteria)群落呈負相關(guān).

圖2 基于土樣和環(huán)境因子的冗余分析Fig.2 Redundancy analysis (RDA) based on soil bacterial community at phylum level and environmental factors of the soil samples

3 討論

已有研究表明,黃土高原經(jīng)過近20年的植被恢復,土壤的物理、化學、生物性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了顯著的改善.植被恢復通過枯枝落葉以及根系能夠有效地提高土壤的碳、氮、磷等養(yǎng)分含量[23],從而影響土壤微生物區(qū)系的形成[24].此外,植被恢復能夠提高土壤的團聚體的的穩(wěn)定性[25],在水土保持與生態(tài)服務功能方面起著重要的作用.本研究中發(fā)現(xiàn)不同喬木林下MBC/MBN在6～8 之間變化,略低于趙彤等[26]研究的人工喬木林下的微生物量碳氮比(9～11),與李香珍等[27]研究的5～9接近.有研究表明,土壤中MBC/MBN可以很好地反映土壤中微生物的種類和區(qū)系[28],其中細菌的碳氮比為 5：1,真菌的碳氮比 10：1,放線菌的碳氮比為6：1[29].但是MBC/MBN只能粗略的判定土壤中細菌、放線菌、真菌的分布情況,不能準確評價土壤細菌在各個分類水平上的分布以及相對豐度.造成不同喬木林下土壤MBC/MBN差異的主要原因是植被的凋落物和根系物分解,導致不同的微生物區(qū)系形成[30],植被還可以通過對土壤水分、土壤養(yǎng)分、pH值的影響,改變土壤中的微生物組成[31].由于不同植被類型下土壤養(yǎng)分的不同,可以形成不同的微生物群落結(jié)構(gòu)[32],因此植被類型對土壤微生物量產(chǎn)生較大的影響.

在微區(qū)域內(nèi),土壤微生物的生長主要受土壤的物理化學性質(zhì)的影響.微生物通過分解經(jīng)過多年的累積枯枝落葉來影響土壤養(yǎng)分循環(huán)及其自身的多樣性[11].有研究表明,放線菌門(Actinobacteria)是降解木質(zhì)素[33]與纖維素[34]的主要功能菌門.4種喬木林土壤放線菌門(Actinobacteria)所占比例范圍在 12.66%～19.15%之間,與楊樹人工林土壤較為一致[10].研究表明植物群落類型是影響土壤放線菌多樣性的重要因素[35-36].在變形菌門(Proteobacteria)中,α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)是最主要的綱,其次是 β-變形菌綱(Betaproteobacteria),所占比例分別為 14.65%～24.11%,4.61%～11.68%,這與韓亞飛等[10]人對楊樹人工林等的研究一致,而Roesch等[8]和Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn) β-變形菌綱(Betaproteobacteria)的豐富度大于α-變形菌綱(Alphaproteobacteria).土壤pH是影響微生物群落分布的主要影響因素[37-39].在鹽堿土中,α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)和δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)是最重要的微生物類群[35].本研究中 4種喬木林下,變形菌門(Proteobacteria)是最主要的優(yōu)勢菌門,所占比例為 24.90%～ 37.90%,而該地區(qū)土壤呈弱堿性,也驗證了變形菌門(Proteobacteria)為堿性土壤中的主要優(yōu)勢群落.Liu等[6]發(fā)現(xiàn)影響東北黑土土壤微生物地理分布的關(guān)鍵因子是土壤 pH值,這與本

研究一致.土壤碳氮磷含量是土壤微生物生長的主要來源,不同的肥力狀況也會影響土壤微生物種群數(shù)量及分布.LDL樣地的土壤有機質(zhì)含量、總氮、總磷、微生物量碳氮最高,酸桿菌門(Acidobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)的相對豐富度也是最高的,可能養(yǎng)分差異所導致的.有研究發(fā)現(xiàn)土壤有機碳含量是驅(qū)動土壤微生物生物地理學分布的主要因素[6].不同喬木林下土壤的有機碳差異顯著,土壤有機碳可能也是影響不同喬木林土壤細菌分布的主要因子.綜合全國其他地區(qū)應用高通量測序方法的研究發(fā)現(xiàn),東北黑土與黃土高原喬木林土壤的主要優(yōu)勢菌門均為酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes).但是不同的生態(tài)系統(tǒng)中,主要的優(yōu)勢菌群的相對豐度存在差異.在東北黑土中,優(yōu)勢細菌為酸桿菌門(Acidobacteria) (24.11%)與變形菌門(Proteobacteria)(19.25%),其中土壤有機碳與土壤pH是影響東北黑土細菌生物地理分布的主要環(huán)境因子[6].

目前,高通量測序方法已經(jīng)成為研究不同地區(qū)土壤微生物的生物地理學分布的主要方法[6-7,38].對于緯度是否是影響土壤微生物分布的主要原因,不同的研究者得出不同的結(jié)論[21,40-41].黃土高原是中國最大的黃土侵蝕區(qū),其土壤微生物的生物地理學分布,尤其是不同植被類型下土壤碳氮循環(huán)的功能微生物分布研究較少,這也是我們后面的研究的重點.

4 結(jié)論

4.1 利用454高通量測序技術(shù)分析不同林型土壤樣品,平均覆蓋率為90%,測序結(jié)果能夠全面的反映樣品組成及結(jié)構(gòu).多樣性指數(shù)表明4種林型土壤細菌的物種豐富度順序為 YS＞CB＞CH＞LDL. YS土壤的細菌多樣性最高, LDL細菌多樣性最低.

4.2 不同喬木林土壤中優(yōu)勢菌門為變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、綠彎菌(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes),在綱分類水平上主要的優(yōu)勢菌為放線桿菌綱(Actinobacteria)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、酸桿菌(Acidobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、浮霉菌綱(Planctomycetacia),這些門占總體的80%以上.

4.3 不同喬木林土壤細菌的相對豐度與土壤理化性質(zhì)程序顯著的相關(guān)性,其中綠彎菌門(Chloroflexi)與pH呈極顯著的正相關(guān),TP和藍藻細菌呈極顯著的正相關(guān),MBC與芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)呈極顯著的負相關(guān), TP含量可能為 CB樣地區(qū)別于其他土樣群落組成的主要因素. LDL樣地細菌群落受環(huán)境影響較小.

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致謝：感謝董揚紅、李鑫、李婭蕓同學幫忙采樣,感謝上海美吉生物有限公司技術(shù)人員的數(shù)據(jù)分析與處理.

Soil microbial communities by 454prosequencing under different arbor forests on the Loess Plateau.

LIU Yang, ZENG Quan-chao, HUANG Yi-mei*(College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China). China Environmental Science, 2016,36(11)：3487～3494

To determine the diversity of soil bacterial communities and its affecting factors with the method of high-throughput 454pyrosequencing technology, Soil samples were collected from four different arbor forests (Quercus liaotungensis, LDL; Biota orientalis, CB; Ptabulaeformis Carr; YS; Robinia pseucdoacacia, CH)), which represented the dominant communities for the forest vegetation ecosystem in the northwest of the Loess Plateau. The results showed that the structures of the microbial communities differed in terms of both the predominant phylum and the relative abundance of each phylum. At the phylum level, the dominant phyla were Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi and Planctomycetes. At the class level, the Actinobacteri, Alphaproteobacteria, Acidobacteria, Betaproteobacteria and Planctomycetacia were predominant. Compared with other arbor forests, the relative abundance of Acidobacteria and Bacteroidetes for LDL were the most abundant, while the relative abundance of Chloroflexi in YS and CB were more abundant than other vegetation types. Soil pH was significantly correlated with the relative abundance of Chloroflexi, and soil total phosphorus was significantly correlated with the relative abundance of Cyanobacteria, suggesting that soil total phosphorus was the main factor of affecting soil bacterial communities.

454 high-throughput sequencing；Ziwuling mountain；different arbor forests；soil bacteria；environment factors

S153.2

A

1000-6923(2016)11-3487-08

劉 洋(1991-),男,甘肅天水人,西北農(nóng)林科技大學碩士研究生,主要從事生態(tài)環(huán)境工程研究.

2016-03-15

國家自然科學基金(41171226,41030532);水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201501045);新世紀優(yōu)秀人才支持計劃(NCET-12-0479)

*責任作者, 副教授, ymhuang1971@nwsuaf.edu.cn