短花針茅荒漠草原土壤微生物群落組成及結(jié)構(gòu)

高雪峰,韓國棟,張國剛

1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,呼和浩特 010022

短花針茅荒漠草原土壤微生物群落組成及結(jié)構(gòu)

高雪峰1,2,韓國棟1,*,張國剛3

1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,呼和浩特 010022

2 內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,呼和浩特 010020

3 天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,天津 300387

為詳細(xì)了解內(nèi)蒙古短花針茅荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物群落組成與結(jié)構(gòu)。對其土壤中微生物的總DNA提取后,采用高通量測序技術(shù)對土壤中細(xì)菌的16SrDNA和真菌的ITS基因進(jìn)行了序列測定,分析了短花針茅荒漠草原土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明,共獲得細(xì)菌 OTUs13711個,真菌 OTUs 5929個。物種分類顯示,細(xì)菌種類隸屬于29門57綱111目191科485屬,其中優(yōu)勢類群為Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它們的相對豐度分別為32.68% 和26.83%。真菌隸屬于4門16綱45目78科105屬,優(yōu)勢類群為Ascomycota和Basidiomycota, 它們的相對豐度分別為35.76% 和25.90%。土壤中細(xì)菌群落的多樣性和豐富度均高于真菌。

細(xì)菌多樣性；真菌多樣性；高通量測序；荒漠草原

土壤微生物是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是土壤生態(tài)環(huán)境中最為重要且對環(huán)境變化極其敏感的生物活性因子,對土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況與植被的生長發(fā)育都會產(chǎn)生重要影響,對于草原生態(tài)系統(tǒng)的健康維護(hù)與植被的恢復(fù)也具有不可替代的作用[1]。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的多樣性與均勻性不僅可提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與和諧性,同時提高對抗土壤生態(tài)環(huán)境惡化的緩沖能力[2-3]。研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性,對于合理利用草原、恢復(fù)退化草地生態(tài)系統(tǒng)的生物學(xué)功能,實現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要生態(tài)意義。

短花針茅荒漠草原是我國溫帶荒漠草原分布最集中、最具代表性的生態(tài)系統(tǒng)類型之一,是草原向荒漠過渡的生態(tài)交錯帶,是我國境內(nèi)對全球變化反應(yīng)較為敏感的生態(tài)系統(tǒng)地帶,是我國重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地之一,也是草地生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)安全的最主要組成部分[4-5]。目前有關(guān)草原系統(tǒng)的研究主要集中在地上部分[6-7],而鮮為人知的地下部分制約草原生態(tài)系統(tǒng)的研究有待拓展。有限的研究也主要局限在放牧對土壤最為基本的理化性質(zhì)影響的研究[8-9],而有關(guān)短花針茅草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征的研究則更少見有報道。本文采用高通量測序技術(shù),研究短花針茅荒漠草原土壤中微生物的物種組成、群落結(jié)構(gòu)及多樣性,為進(jìn)一步探討荒漠草原土壤微生物的功能以及微生物資源的開發(fā)利用提供直接依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布盟四子王旗境內(nèi)的短花針茅荒漠草原。屬典型的大陸性氣候,春季干旱多風(fēng),夏季炎熱,年均降雨量280 mm,降水量集中在5—8月,草地類型為短花針茅(StipabrevifloraGriseb.)+ 冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.)+無芒隱子草(CleistogenessongoricaOhwi.)荒漠草原,植被草層低矮、稀疏,蓋度為17%—20%,植物種類組成較貧乏,由20多種植物組成。土壤為淡栗鈣土,具有高鉀、低隣和少氮的特點,有機質(zhì)含量較低,pH為7.80—7.99。土壤結(jié)構(gòu)以砂粒所占比例最大,粉粒和粘粒次之。土層厚度大約為1m左右,土體堅硬,滲透能力較差[10]。

1.2 土樣采集

于2014年8月在短花針茅荒漠草原選取了呈三角形的3個采樣點a、b、c,地理坐標(biāo)為41°46 ′— 41°52′N、112°09′— 112°38 ′E,樣點之間距離約500 m。每個樣點用土鉆按5點取樣法取0—30 cm土層土樣,混合均勻后合為一個土壤樣品。土樣裝密封袋低溫帶回實驗室,去除植物根系和石塊并過1mm篩用后于-18℃冰箱暫存。

1.3 土壤DNA提取、PCR擴(kuò)增和高通量測序

土壤DNA提取采用的是E.Z.N.ATMMag-Bind Soil DNA Kit(美國OMEGA公司)試劑盒。細(xì)菌引物采用341F(5′-CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG- 3′)和805R(5′-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAG AATTCCA- 3′),對細(xì)菌16S rDNA基因V3-V4高變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增[11]。真菌引物采用ITS1F(5′-CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTN- 3′)和ITS2-Rev(5′-GTGACTGGAGTTCCTTGG CACCCGAGAATTCCA- 3′),對真菌ITS1-ITS2區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增[12]。每一樣品的引物均含有特異的Barcode序列用于區(qū)分樣品序列。50 μL反應(yīng)體系：10×PCR buffer 5μL,dNTP (10 mmol/L)0.5μL,Genomic DNA 10ng,Bar-PCR primer F(50umol/L) 0.5μL,Primer R (50 umol/L)0.5μL, Plantium Taq(5U/μL) 0.5μL。PCR擴(kuò)增條件：94℃ 3min；94℃ 30s,45℃ 20s,65℃ 30s,5個循環(huán)；94℃ 20s,55℃ 20s,72℃ 30s,20個循環(huán)；72℃ 5 min。

PCR結(jié)束后,引入Illumina橋式PCR兼容引物進(jìn)行第二輪擴(kuò)增。PCR體系：10×PCR buffer 5 μL,dNTP(10mmol/L) 0.5 μL,DNA 20 ng,primer F(50umol/L)0.5 μL,Primer R (50 umol/L)0.5μL,Plantium Taq(5 U/μL) 0.5 μL,加水到50 μL。95℃ 30s；95℃ 15s,55℃ 15s；72℃ 30s,5個循環(huán)；72℃ 5 min。對PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖電泳,并采用瓊脂糖試劑盒(SK8192)回收,用Qubit 2.0 DNA檢測試劑盒對回收的DNA精確定量,每一樣品DNA量取10 ng,按1∶1等量混合后采用Illumina公司的Miseq 2×300平臺測序。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

高通量測序得到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過FastQC軟件進(jìn)行質(zhì)量控制,然后用 FLASH軟件拼接,Prinseq軟件過濾掉低質(zhì)量的序列。將有效序列相似性≥97%的序列聚類成為OTU(Operational Taxonomic Units)。為了高效地得到樣品中微生物組成的多樣性信息,從每個OTU中選擇1條代表序列,使用RDP classifier數(shù)據(jù)庫為每條代表序列分配分類單元。再用QIIME軟件進(jìn)行單樣品組成分析,計算樣品的Coverage和Alpha多樣性,包括Chao1 指數(shù)、Shannon 指數(shù)[13- 15]。其中Coverage指樣品文庫的覆蓋率,其數(shù)值越高,則樣本中序列沒有被測出的概率越低。群落豐富度用 Chao 指數(shù)描述,其值越高表明群落物種的豐富度越高。而 Shannon 指數(shù)可反映樣品的多樣性程度,Shannon值越高,表明群落物種的多樣性越高。將樣品中無法鑒定到這個分類水平的類群統(tǒng)稱為未知類群(Unclassified),將相對豐度低于1%的類群合并,統(tǒng)稱為其他類群(Other),然后制作不同分類水平上的細(xì)菌和真菌類群的相對豐度圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 序列統(tǒng)計和微生物多樣性

為了解內(nèi)蒙古短花針茅荒漠草原土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成特點,采用高通量測序技術(shù)對土壤微生物群落多樣性進(jìn)行了分析,結(jié)果見表1。

表1 短花針茅荒漠草原土壤微生物OTUs多樣性分析

短花針茅荒漠草原土壤細(xì)菌和真菌分別獲得有效序列為68307和78667。細(xì)菌共產(chǎn)生OTUs 13711個,與數(shù)據(jù)庫比對不上的細(xì)菌OUT占總數(shù)的29.44%。真菌共產(chǎn)生5929個OTUs,與數(shù)據(jù)庫比對不上的真菌OTU占總數(shù)的4.61%。表明了荒漠草原土壤中還有較多新的細(xì)菌。從香農(nóng)指數(shù)和豐富度指數(shù)來看,短花針茅荒漠草原土壤微生物群落中,細(xì)菌的種類和數(shù)量遠(yuǎn)高于真菌,細(xì)菌在土壤微生物中占主體地位。這與作者之前通過平皿培養(yǎng)法分析短花針茅荒漠草原土壤微生物分布特征的結(jié)果基本一致[16]。

圖1 土壤細(xì)菌和真菌的稀疏曲線Fig.1 Rarefaction curve analysis of OTUs of the bacterial and fungi in soil

覆蓋度反映了測序結(jié)果是否代表樣本的真實情況。短花針茅荒漠草原土壤中細(xì)菌和真菌的覆蓋度分別為70.46%和95.39%(表1)。說明取樣基本合理,所測結(jié)果能夠比較真實地反映土壤樣品中的細(xì)菌和真菌群落。稀疏曲線反映了樣品的測序深度,可以用于評估測序量是否足以覆蓋所有類群。由圖1可看出,土壤細(xì)菌庫容近似直線,沒有隨序列數(shù)量的增加達(dá)到一個平臺,而土壤真菌的稀疏曲線基本趨于平緩。表明荒漠草原土壤真菌基本涵蓋了土壤中所有真菌種群,而荒漠草原土壤細(xì)菌沒有獲得細(xì)菌群落的全部種群,仍有部分種類尚未被發(fā)現(xiàn)。

2.2 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析

圖2 門水平細(xì)菌菌群組成Fig.2 Bacterial composition at phylum level Protebacteria 變形菌門 Actinobacteria 放線菌門 Firmicutes 厚壁菌門Acidobacteria 酸桿菌門Bacteroidetes 擬桿菌門Verrucoomicrobia 疣微菌門 Planctomycetes 浮霉菌門Gemmatimonadetes 芽單胞菌門Chloroflexi 綠彎菌門 Nitrospirae硝化螺旋菌門 Other 其他細(xì)菌

對13711個OTUs的分類結(jié)果表明,短花針茅荒漠草原土壤總數(shù)為68307個序列中,隸屬于29門57綱111目191科485屬。在門水平至少隸屬于29個不同的細(xì)菌門,其相對豐度≥1%的共10個門(圖2)。其中Proteobacteria(變形菌門)32.68% 和Actinobacteria(放線菌門)26.83%,為土壤細(xì)菌中的優(yōu)勢菌種。其次為Firmicutes(厚壁菌門)8.45%、Acidobacteria(酸桿菌門)7.46%、Bacteroidetes(擬桿菌門)6.75%、Verrucomicrobia(疣微菌門)5.31%、Planctomycetes(浮霉菌門)5.11% 、Gemmatimonadetes(芽單胞菌門)2.59%、Chloroflexi(綠彎菌門)2.07% 和Nitrospirae(硝化螺旋菌門)1.05%,其余19個門所占比例均低于1%,共占1.69%。

在綱水平隸屬于57個不同的綱(表2),其中相對豐度≥2% 的綱有15個。其中變形菌門的Gammaproteobacteria(γ-變形菌綱13.54%)和放線菌門的Thermoleophilia(嗜熱油菌綱12.78%)所占比例最高。其次為Alphaproteobacteria(α-變形菌綱8.55%)、Acidobacteria(酸桿菌綱7.22%)、Betaproteobacteria(β-變形菌綱7.14%)、Actinobacteria(放線菌綱6.59%)等。

在隸屬的111個目中,相對豐度≥2% 的有14個,其中Solirubrobacterales豐度最高,占7.85%,其次為Enterobacteriales(腸桿菌目)占6.26%,Gaiellales占6.23%;在191科中,相對豐度≥ 2% 的有12個,豐度排在前3位的是Enterobacteriaceae(腸桿菌科)6.26%,Gaiellaceae6.23%,Solirubrobacteraceae5.17%。在目和科水平中都有19.89% 的OTUs未能分類的。

表2 綱水平細(xì)菌菌群組成及其相對豐度

圖3 門水平真菌菌群組成Fig.3 Fungi composition at phylum level Ascomycota子囊菌門Basidiomycota擔(dān)子菌門Zygomycota接合菌門Chytridiomycota壺菌門unclassified未分類 unclassified_Fungi 未知真菌

為詳細(xì)了解短花針茅荒漠草原土壤細(xì)菌群落的物種組成,在屬水平進(jìn)一步對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析。在屬水平,全部細(xì)菌序列至少有485個屬,其中豐度≥1%的屬有24個,其中酸桿菌門中酸桿菌綱的Blastocatella所占比例最高為6.28%。其次為放線菌門中嗜熱油菌綱的Solirubrobacter4.84%,放線菌門某綱的Gaiella4.50%,厚壁菌門中假單胞菌科的Pseudomonas2.91% 以及Patulibacter2.87%。值得一提的是,從門和綱水平來看,變形菌門和變形菌綱均所占比例最高,但在屬水平,酸桿菌門中酸桿菌綱的Blastocatella和放線菌門中嗜熱油菌綱的Solirubrobacter所占比例最多,而豐度最高的變形菌門中的細(xì)菌分布在較多的屬中。

2.3 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)分析

短花針茅荒漠草原土壤真菌總數(shù)為5929個OTUs的分類結(jié)果表明,隸屬于4門16綱45目78科105屬。在門水平至少隸屬于4個不同的真菌門(圖3),分別為Ascomycota(子囊菌門)35.76%、Basidiomycota(擔(dān)子菌門)25.90%、Zygomycota(接合菌門)5.55%和Chytridiomycota(壺菌門)0.45%,還有16.89% 的未能分類以及15.41% 的未知真菌。

在綱水平至少隸屬于16個綱(表3),相對豐度≥2% 的綱有5個,分別為Agaricomycetes(傘菌綱) 22.61%、Sordariomycetes(糞殼菌綱)15.60%、Dothideomycetes(座囊菌綱)10.44%、Zygomycota_class_Incertae_sedis(分類未定) 5.58%、Eurotiomycetes(散囊菌綱) 5.58%、還有15.41% 的OTUs未能分類。

在目水平隸屬于45個目,相對豐度≥2%的有7個,Hypocreales(肉座菌目) 豐度最高為12.43%,其次是Cantharellales(雞油菌目)占7.77%,再次為Pleosporales(格孢腔菌目)占5.88%。在隸屬的78個科中,相對豐度≥2% 的有7個,其中Ceratobasidiaceae(角擔(dān)菌科)的豐度最高為7.77%,其次為unclassified_Agaricomycetes(傘菌綱某科)占5.56% 和Nectriaceae(赤殼科)占5.55%。

表3 綱水平真菌菌群組成及其相對豐度

在屬水平,全部真菌序列至少有105個屬,相對豐度≥2% 的且能夠準(zhǔn)確分類的屬有4個。分別為Fusarium(鐮孢菌屬)5.32%、Mortierella(被孢霉屬)5.01%、Acremonium(枝頂孢屬)3.74%、Aspergillus(曲霉屬)2.77%。

3 討論

短花針茅荒漠草原由于生境的脆弱性與不合理的放牧利用,草地土壤退化十分嚴(yán)重[17]。土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,不僅是生態(tài)系統(tǒng)的分解者,也是物質(zhì)循環(huán)與能量流動的承擔(dān)者。它們參與土壤有機質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)的合成、土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與循環(huán)而促使土壤肥力增加[18]。土壤微生物多樣性代表著微生物群落的穩(wěn)定性,也可反映土壤的生態(tài)機制和土壤脅迫對微生物群落的影響。因此土壤微生物群落組成及其多樣性對干擾條件下土壤生態(tài)功能穩(wěn)定性的維持和恢復(fù)具有重要的影響,通常被用作指示土壤健康的靈敏性指標(biāo)[19-20]。目前,有關(guān)內(nèi)蒙古短花針茅荒漠草原土壤微生物群落組成及其多樣性的還未見有報道。高通量測序技術(shù)具有通量高、實驗過程簡化、準(zhǔn)確率高、速度快等技術(shù)優(yōu)點[21]。本研究首次采用高通量測序技術(shù)對短花針茅荒漠草原土壤微生物群落及其多樣性進(jìn)行了較為詳細(xì)地研究,列出了短花針茅荒漠草原土壤中細(xì)菌和真菌所屬的門、綱、目、科、屬不同分類水平上的優(yōu)勢類群及其相對豐度。研究結(jié)果顯示,短花針茅荒漠草原土壤細(xì)菌在門和綱水平上的分類信息比較明確,而在目、科和屬水平上尚無明確分類名稱信息的類群所占比例較大。真菌在門和綱水尚有近16% 的OTUs未能進(jìn)行分類,這可能與測序序列長度、測序區(qū)間、以及比對的數(shù)據(jù)庫等有關(guān)[22]。

本研究表明,短花針茅荒漠草原土壤微生物群落中,細(xì)菌的多樣性與豐富度均遠(yuǎn)高于真菌。劉敏等對紅樹林土壤微生物多樣性的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn),紅樹林土壤微生物中細(xì)菌多樣性最高,古菌多樣性居中,多樣性最小的是真菌[23]。其中,優(yōu)勢細(xì)菌類群為Proteobacteria門,這一結(jié)果與國內(nèi)外關(guān)于土壤細(xì)菌多樣性的很多研究相一致[24-27]。Proteobacteria門目前已被認(rèn)為是世界上最普遍的菌門[28],且已有的報道中多數(shù)認(rèn)為Proteobacteria門與碳的利用有關(guān)[29]。也有些研究發(fā)現(xiàn)酸桿菌門是土壤細(xì)菌群落中豐度最高,或僅次于變形菌門的優(yōu)勢類群[22,30],酸桿菌門多存在于營養(yǎng)貧瘠的土壤環(huán)境中[31],其豐度與碳的可用性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[29]。本研究中酸桿菌門的豐度居第四位,并不占優(yōu)勢,而在屬水平,酸桿菌門中的Blastocatella在所有屬中豐度最高,這揭示了荒漠草原土壤養(yǎng)分貧乏的特點,也進(jìn)一步證實了Sun等的觀點：特定的細(xì)菌,如酸桿菌門和變形菌門可以作為土壤養(yǎng)分狀況的指示菌[32]。本試驗中放線菌門是僅次于變形菌門的另一優(yōu)勢類群,而且放線菌在門、綱和屬水平均占據(jù)著優(yōu)勢地位,這可能與荒漠草原環(huán)境干旱、高溫等氣候條件適合于放線菌的生存與繁殖有關(guān)。放線菌最突出的特性之一是能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素,可見短花針茅荒漠草原土壤中儲備有廣泛的抗生素產(chǎn)生菌資源。

短花針茅荒漠草原土壤中真菌共檢測到有Ascomycota、Basidiomycota、Zygomycota和Chytridiomycota4個門,其中還有30% 左右的OTUs未能分類或為未知真菌。在可分類的真菌中,Ascomycota豐度最高,Basidiomycota次之,而擔(dān)子菌門中Agaricomycetes的豐度卻遠(yuǎn)高于子囊菌門中豐度最高Sordariomycetes。表明了Ascomycota基因型多樣性高于Basidiomycota,也進(jìn)一步證實了寇文伯等提出的優(yōu)勢種群的基因型更高的觀點[27]。朱琳等對遼寧文冠果人工林根際土壤真菌的研究中檢測到有6個門[12],除了本研究中的4個門外,還測得含量極低的Glomeromycota(球囊菌門)和Blastocladiomycota(芽枝霉門),其真菌群落的主要結(jié)構(gòu)組成與本研究結(jié)果相似。子囊菌門的真菌多為腐生菌,對降解土壤有機質(zhì)起著重要作用[33],因此有研究認(rèn)為子囊菌和擔(dān)子菌是土壤中主要的真菌分解者[34],也有研究認(rèn)為擔(dān)子菌分解木質(zhì)纖維素的能力更強些[35]。另外,本研究結(jié)果還顯示了短花針茅荒漠草原土壤中Fusarium(鐮孢菌屬)以5.32% 的豐度居105個屬之首,其次為Mortierella(被孢霉屬)。張俊忠等對東祁連山高寒草地4種不同草地類型的土壤真菌群落組成的研究發(fā)現(xiàn), 不同植被類型草地土壤真菌的數(shù)量、種類和結(jié)構(gòu)組成都存在有一定的差異性, 珠芽蓼草地和嵩草草地的優(yōu)勢菌群為青霉屬,禾草草地的優(yōu)勢菌群為鐮孢菌屬,沼澤草地的優(yōu)勢菌群為柔菌屬和青霉屬。其中,被孢霉屬、柔菌屬、小球腔菌屬、毛霉屬、木霉屬和鐮孢屬為4類草地的常見種[36]?？梢?本文的研究結(jié)果與其相似。

另外,測序區(qū)間的選擇對測序結(jié)果是有一定的影響,如16S rDNA基因的不同高變區(qū),其測序分類信息的精確性也不相同[37]。同時,測序深度的選擇等也會對檢測出的微生物類群產(chǎn)生影響。本研究樣品的文庫覆蓋率細(xì)菌為70.5%、真菌為95.3%,若增加庫容、加大測序深度,有望檢測到更多的細(xì)菌和真菌類群。

[1] Ranjard L, Ploy F, Nazaret S. Monitoring complex bacterial communities using culture independent molecular techniques: application to soil environment. Research in Microbiology, 2000, 151(3): 167- 177.

[2] 譚益民, 何苑皞, 郭文平. 基于分子技術(shù)的土壤微生物多樣性研究進(jìn)展. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2014, 34(10): 1- 9.

[3] 馬海霞, 張麗麗, 孫曉萌, 張懷強, 何明雄, 陳冠軍, 王祿山. 基于宏組學(xué)方法認(rèn)識微生物群落及其功能. 微生物學(xué)通報, 2015, 42(5):902- 912.

[4] 趙慧穎. 呼倫貝爾沙地45年來氣候變化及其對生態(tài)環(huán)境的影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2007, 26(11): 1817- 1821.

[5] 陳寶瑞, 李海山, 辛?xí)云? 呼倫貝爾草原植物群落空間格局及其環(huán)境解釋. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(5): 1265- 1271.

[6] 賀金生, 王政權(quán), 方精云. 全球變化下的地下生態(tài)學(xué): 問題與展望. 科學(xué)通報, 2004, 49(3): 1226- 1233.

[7] 胡中民, 樊江文, 鐘華平, 韓彬. 中國草地地下生物量研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(9): 1005- 1011.

[8] Meyer N. Desertification and restoration of grasslands in Inner Mongolia. Journal of Forestry, 2006, 104(6): 328- 331.

[9] Akiyama T, Kawamura K. Grassland degradation in China: methods of monitoring, management and restoration. Grassland Science, 2007, 53(1): 1- 17.

[10] 高雪峰, 張功, 盧萍. 短花針茅草原土壤的酶活性及其生態(tài)因子的季節(jié)動態(tài)變化研究. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)漢文版, 2006, 35(2): 226- 228, 237- 237.

[11] Yang C X, Liu W Z, He Z W, Thangave S, Wang L, Zhou A J, Wang A J. Freezing/thawing pretreatment coupled with biological process of thermophilicGeobacillussp. G1: acceleration on waste activated sludge hydrolysis and acidification. Bioresource Technology, 2015, 175: 509- 516.

[12] 朱琳, 黃建, 陳天陽, 周永斌. 文冠果人工林根際土壤真菌和根系內(nèi)生真菌群落多樣性. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 43(5):105- 111.

[13] Caporaso J G, Kuczynski J, Stombaugh J, Bittinger K, Bushman F D, Costello E K, Fierer N, Pea A G, Goodrich J K, Gordon J I, Huttley G A, Kelley S T, Knights D, Koenig J E, Ley R E, Lozupone C A, McDonald D, Muegge B D, Pirrung M, Reeder J, Sevinsky J R, Turnbaugh P J, Walters W A, Widmann J, Yatsunenko T, Zaneveld J, Knight R. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nature Methods, 2010, 7(5): 335- 336.

[14] Kemp P F, Alle J Y. Bacterial diversity in aquatic and other environments: what 16S rDNA libraries can tell us. FEMS Microbiology Ecology, 2004, 47(2): 161- 177.

[15] Lu L, Xing D F,Ren N Q. Pyrosequencing reveals highly diverse microbial communities in microbial electrolysis cells involved in enhanced H2production from waste activated sludge. Water Research, 2012, 46(7): 2425- 2434.

[16] 高雪峰, 張功, 盧萍. 內(nèi)蒙古荒漠草原土壤微生物的分布特征及季節(jié)動態(tài)變化研究. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)漢文版, 2007, 36(4): 484- 487.

[17] 劉及東, 韓國棟, 王忠武, 王靜, 李治國. 短花針茅草原土壤物理性質(zhì)對不同載畜率的響應(yīng). 呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報, 2014, 22(2): 104- 107.

[18] 安韶山, 李國輝, 陳利頂. 寧南山區(qū)典型植物根際與非根際土壤微生物功能多樣性. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(18): 5225- 5234.

[19] Sharma S K, Ramesh A, Sharma M P, Joshi O P, Govaerts B, Steenwerth K L, Karlen D L. Microbial community structure and diversity as indicators for evaluating soil quality. Biodiversity, Biofuels, Agroforestry and Conservation Agriculture, 2011, 5: 317- 358.

[20] 邵璐, 姜華. 遼寧堿蓬根際土壤真菌多樣性的季節(jié)變化及其耐鹽性. 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(4): 1050- 1057.

[21] 韓騰, 張立猛, 高加明, 孔凡玉, 馮超, 王靜, 張成省. 枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)Tpb55灌根與煙草根圍細(xì)菌多樣性變化的相關(guān)性. 微生物學(xué)報, 2016, 56(5): 835- 845.

[22] 韓亞飛, 伊文慧, 王文波, 王延平, 王華田. 基于高通量測序技術(shù)的連作楊樹人工林土壤細(xì)菌多樣性研究. 山東大學(xué)學(xué)報: 理學(xué)版, 2014, 49(5):1- 6.

[23] 劉敏, 周秋平, 黃惠琴, 鮑時翔. 紅樹林土壤微生物多樣性及放線菌的分離與鑒定//2014年海南省微生物學(xué)會學(xué)術(shù)年會資料匯編. 2014.

[24] 滕齊輝, 曹慧, 崔中利, 王英, 孫波, 郝紅濤, 李順鵬. 太湖地區(qū)典型菜地土壤微生物16S rDNA的PCR-RFLP分析. 生物多樣性, 2006, 14(4): 345- 351.

[25] Nacke H, Thürmer A, Wollherr A, Will C, Hodac L, Herold N, Sch?ning I, Schrumpf M, Daniel R. Pyrosequencing-based assessment of bacterial community structure along different management types in German forest and grassland soils. PLoS One, 2011, 6(2): e17000.

[26] 趙愛花, 杜曉軍, 臧婧, 張守仁, 焦志華. 寶天曼落葉闊葉林土壤細(xì)菌多樣性. 生物多樣性, 2015, 23(5): 649- 657.

[27] 寇文伯, 黃正云, 張杰, 劉倩純, 劉芳鵬, 劉以珍, 吳蘭. 鄱陽湖湖泊細(xì)菌群落組成及結(jié)構(gòu)—以松門山為例. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(23): 7608- 7614.

[28] Spain A M, Krumholz L R, Elshahed M S. Abundance, composition, diversity and novelty of soilproteobacteria. The ISME Journal, 2009, 3(8): 992- 1000.

[29] Fierer N, Bradford M A, Jackson R B. Toward an ecological classification of soil bacteria. Ecology, 2007, 88(6): 1354- 1364.

[30] Shen C C, Xiong J B, Zhang H Y, Feng Y Z, Lin X G, Li X Y, Liang W J, Chu H Y. Soil pH drives the spatial distribution of bacterial communities along elevation on Changbai Mountain. Soil Biology and Biochemistry, 2013, 57: 204- 211.

[31] Dion P. Extreme views on prokaryote evolution//Dion P, Nautiyal C S. Microbiology of Extreme Soils. Berlin Heidelberg: Springer, 2008.

[32] Sun H, Terhonen E, Koskinen K, Paulin L, Kasanen R, Asiegbu F O. The impacts of treatment with biocontrol fungus (Phlebiopsisgigantea) on bacterial diversity in Norway spruce stumps. Biological Control, 2013, 64(3): 238- 246.

[33] 何苑皞, 周國英, 王圣潔, 李河. 杉木人工林土壤真菌遺傳多樣性. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(10): 2725- 2736.

[34] Yelle D J, Ralph J, Lu F C, Hammel K E. Evidence for cleavage of lignin by a brown rot basidiomycete. Environmental Microbiology, 2008, 10(7): 1844- 1849.

[35] Frey S D, Knorr M, Parrent J L, Simpson R T. Chronic nitrogen enrichment affects the structure and function of the soil microbial community in temperate hardwood and pine forests. Forest Ecology and Management, 2004, 196(1): 159- 171.

[36] 張俊忠, 陳秀蓉, 楊成德, 薛莉. 東祁連山高寒草地土壤可培養(yǎng)真菌多樣性分析. 草業(yè)學(xué)報, 2010, 19(2): 124- 132.

[37] Chakravorty S, Helb D, Burday M, Connell N, Allan D. A detailed analysis of 16S ribosomal RNA gene segments for the diagnosis of pathogenic bacteria. Journal of Microbiological Methods, 2007, 69(2): 330- 339.

SoilmicrobialcommunitystructureandcompositionofStipaBrevifloraonthedesertsteppe

GAO Xuefeng1,2, HAN Guodong1,*,ZHANG Guogang3

1CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010020,China2CollegeofLifeSciencesandTechnology,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot, 010020,China3CollegeofLifeSciences,TianjinNormalUniversity,Tianjin300387,China

The desert steppe is one of the most concentrated distribution in the Inner Mongolia region and representative types of temperate grassland in China for studying systems ecology. The desert steppe is located at the grassland-desert ecotone, and is an ecosystem that is very sensitive to global changes. However, Grassland degradation has seriously affected the function and productivity of this ecosystem under the dual pressures of continuous drought and long-term overgrazing. Grassland degradation not only affects local agricultural production and everyday human life, but also threatens the ecological environment of central cities in china. This has become an urgent regional environmental issue, especially for the sustainable development of animal husbandry. Today most research on the desert grassland ecosystem examines vegetation characteristics, physical and chemical soil properties, animal behavior, and so on. However, less research exists on the underground soil microbial community structure. The Inner Mongolia desert grassland is an important part of the grassland in north China, with a unique plant species composition and range of community types, structures, and functions. Soil microbial communities are also important components of grassland ecosystems. They are dominant contributors to biogeochemical cycles, participating in the decomposition of organic material in soil, and are critical for maintaining the stability and biodiversity of grassland ecosystems. Research on the soil microbial community structure and diversity ofStipabreviflora(needlegrass) on the desert steppe in Inner Mongolia will have important ecological significance to the rational utilization of grassland, will contribute to understanding the biological functions involved in restoring degraded grassland ecosystem, and will help realize the sustainable development of grassland ecosystems.In order to understand the characteristics of the soil microbial community structure of theS.brevifloradesert steppe in Inner Mongolia, we adopt high-throughput sequencing technology to relatively comprehensive research the soil microbial community structure ofS.brevifloraon the desert steppe in Inner Mongolia. We extracted DNA of the soil microbial community of the desert steppe in Inner Mongolia. Soil bacterial community structures of the v4 -v5 16S rDNA gene region and fungi community structures of ITS1-ITS2 were examined by high-throughput sequencing technologies. The results showed that 13711 and 5929 OTUs were obtained from soil bacterium and fungi. Based on the results of species classification, bacterial communities belonging to 29 phyla, 57 classes, 111 orders, 191 families, and 485 genera. Among them, the dominant populations wereGammaproteobacteriaandThermoleophilia, and their relative abundances were 32.68% and 26.83%. Fungal species belonged to 4 phyla, 16 classes, 45 orders, 78 families, and 105 genera. The dominant species wereAscomycotaandBasidiomycota, and their relative abundances were 35.76% and 25.90%. Bacterial communities were more diverse and had greater species richness than fungal community in the soil.

bacterial diversity; fungi diversity; high-throughput sequencing; desert steppe

國家自然科學(xué)基金面上資助項目(31270502);內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項目(2015MS0371);內(nèi)蒙古師范大學(xué)基金資助項目(2015YBXM013)

2016- 05- 10; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 22

10.5846/stxb201605100902

*通訊作者Corresponding author.E-mail: nmghanguodong@163.com

高雪峰,韓國棟,張國剛.短花針茅荒漠草原土壤微生物群落組成及結(jié)構(gòu).生態(tài)學(xué)報,2017,37(15):5129- 5136.

Gao X F, Han G D,Zhang G G.Soil microbial community structure and composition ofStipaBrevifloraon the desert steppe.Acta Ecologica Sinica,2017,37(15):5129- 5136.