七葉一枝花根際與非根際土壤細菌群落多樣性

鄭梅霞，陳 宏，朱育菁，蘇海蘭

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所，福建 福州 350003）

0 引言

【研究意義】七葉一枝花為百合科多年生草本植物，藥用歷史悠久，以蚤休之名首載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，有清熱解毒、消炎鎮(zhèn)痛、止咳平喘、熄風(fēng)定驚等功效；是奪命丹、百寶丹、云南白藥、宮血寧等多種中成藥的重要原料[1]。七葉一枝花與根際土壤微生物存在共生關(guān)系[2]，土壤微生物是構(gòu)成土壤微生態(tài)系統(tǒng)的主要部分，而土壤細菌群落的多樣性與土壤微生物環(huán)境緊密相關(guān)。地理環(huán)境、栽培條件和根際土壤微生物數(shù)量影響七葉一枝花的生長情況及藥用價值[3?6]?！厩叭搜芯窟M展】研究表明，藥用植物產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物很豐富，在其生長過程中很容易將這類物質(zhì)釋放到土壤中，從而引起藥用植物根際土壤理化性質(zhì)的改變，導(dǎo)致根際微生物和土壤酶活性較非根際有更大的變化[7]。曹永昌等[8]研究表明，根際與非根際土壤微生物多樣性存在差異，主成分顯著不同。研究表明，根際土壤細菌和真菌數(shù)量高于非根際土壤，放線菌低于非根際土壤，原因可能是放線菌對高溫、干燥、堿性條件適應(yīng)力強，在非根際環(huán)境中占有優(yōu)勢[9]。【本研究切入點】植物根際是土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)交換的環(huán)境，土壤細菌既是土壤微生物區(qū)系的重要組成部分，也是土壤物質(zhì)流和能量流的主要推動者[2]。目前，對七葉一枝花根際與非根際土壤微生物組多樣性的研究較少，并且野生七葉一枝花和人工移栽七葉一枝花土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)及多樣性分析比較還有待闡明?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究采用野外條件下的剝離取樣法[10]采集土樣，進行16S的擴增子測序，對野生和人工移栽七葉一枝花根際與非根際土壤細菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性進行初步研究，分析七葉一枝花與土壤微生物之間的相互作用，為探討通過調(diào)控土壤微生物實現(xiàn)七葉一枝花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地設(shè)置

2016年9月在福建省南平市，選取七葉一枝花野生環(huán)境2個樣地，人工移栽2個樣地，樣地信息如表1所示。其中，野生環(huán)境樣地，均為群體分布，密度為15～20株·m?2，人工移栽為林下種植，常規(guī)管理。按梅花點分別選取5株8個刻痕大小植株。

表 1 七葉一枝花土壤樣本信息Table 1 Sources of soil samples

1.2 土樣采集

先除去落葉層，鏟除表面1～2 cm表土。在七葉一枝花植株周圍挖0～20 cm土層深度具有完整根系的土體，先輕輕抖落不含根系的土，將抖落下來的土壤視為非根際土，黏附在根上0～0.5 cm土壤作為根際土樣，將混勻的土壤裝入無菌自封袋內(nèi)，置于 4 ℃冰箱保存，備用。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤可培養(yǎng)微生物的分離 稱取10 g土壤懸浮于90 mL無菌水，劇烈震蕩搖勻，得到土壤的水溶液。采用梯度稀釋平板涂布法進行細菌分離。土壤原液分別稀釋至10?3和10?5，然后取100 μL稀釋涂布于LB平板上（LB培養(yǎng)基：胰蛋白胨10 g·L?1，酵母蛋白5 g·L?1，氯化鈉5 g·L?1，瓊脂糖17 g·L?1），每個處理3個重復(fù)， 30 ℃恒溫培養(yǎng)48 h后，計算細菌的數(shù)量。

1.3.2 土壤總DNA提取 土壤DNA樣品的提取以及后續(xù)測序和數(shù)據(jù)分析由上海微基生物（TinyGen）提供。根據(jù)Mobio Powersoil DNA Isolation Kit試劑盒（勝創(chuàng)生物，12888-50）的操作說明，稱取250 mg左右的土壤樣本分別進行基因組DNA抽提。分別取3 μL進行1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，后續(xù)試驗質(zhì)量濃度為30 ng·μL?1。

1.3.3 土壤16S rDNA文庫構(gòu)建 文庫構(gòu)建采用兩步PCR擴增的方法，首先采用特異引物（內(nèi)側(cè)引物：F內(nèi)側(cè)引物：5′-TTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT-特異引物-3′；R內(nèi)側(cè)引物：5′-GAGTTCCTTGGCAC CGAGAATTCCA-特異引物-3′；）擴增目的片段，將目的片段采用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒（AXYGEN，AP-GX-50G）進行膠回收，而后將回收產(chǎn)物作為模板進行二次PCR擴增（F外側(cè)引物：5′-AATGATACGGCGACCACCGAGAT CTACAC-barcode-TCTTTCCCTACACGACGCTC-3′；R外側(cè)引物：5′-CAAGCAGAAGACGGCATAC GAGAT-barcode-GTGACTGGAGTTCCTTGGCACC CGAGA-3′），目的是將illumina平臺測序所需的接頭，測序引物，barcode添加到目的片段的兩端。第一次PCR擴增體系為：50 μL反應(yīng)體系，10 μL 5×Buffer，1 μL dNTP（10 mmol·L?1），1 U Phusion超保真DNA聚合酶，各1 μL F/R內(nèi)側(cè)引物（10 μmol·L?1），5 ～50 ng模板，雙蒸水補足體積；第一次PCR擴增反應(yīng)條件為：94 ℃ 2 min；94 ℃ 30 s,56 ℃ 30 s, 72 ℃ 30 s，循環(huán)數(shù)25；72 ℃ 5 min。第二次PCR擴增體系為：40 μL反應(yīng)體系，8 μL 5×Buffer，1 μL dNTP（10 mmol·L?1），0.8 U Phusion超 保 真DNA聚合酶，各1 μL F/R內(nèi)側(cè)引物（10 μmol·L?1），5 μL模板，雙蒸水補足體積；第二次PCR擴增反應(yīng)條件為：94 ℃ 2 min；94 ℃ 30 s, 56 ℃ 30 s, 72 ℃ 30 s，循環(huán)數(shù)8；72 ℃ 5 min。PCR產(chǎn)物采用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒（AXYGEN公司，AP-GX-50G）進行切膠回收，F(xiàn)TC-3000TM real-time PCR儀進行定量檢測。樣本進行miseq文庫制備后進行illumina miseq 2×300 bp高通量測序[微基生物科技（上海）有限公司]。

1.3.4 微生物組測序數(shù)據(jù)質(zhì)控與分析 對測序得到的原始數(shù)據(jù)進行拼接、過濾，得到有效數(shù)據(jù)。采用Mothur V.1.33.3軟件基于有效數(shù)據(jù)進行OTUs（Operational Taxonomic Units）聚類和物種信息分析。利用UPARSE進行聚類，得到OTU的代表序列，利用UCHIME將PCR擴增產(chǎn)生的嵌合體從OTU代表序列中去除，采用Clean Tags對97%相似水平的OTU代表序列進行分類學(xué)分析。使用unsearch-global方法將所有序列比對回OTU代表序列，得到每個樣品在每個OTU的豐度統(tǒng)計表。

1.3.5 七葉一枝花土壤中細菌物種組成與分析 比較測序數(shù)據(jù)量不同的土壤中細菌群落組成的豐富度和土壤微生物的測序數(shù)據(jù)量是否合理的稀釋性曲線圖，采用mothur軟件和微基生物科技（上海）有限公司自編程序分析。反映組間各樣本之間的共有和獨有OTU數(shù)目的Venn圖，采用mother和R語言軟件生成。可操作分類單元（OTU）根據(jù)97%的序列相似性閾值進行劃分。利用mothur軟件分析不同隨機抽樣下的Alpha多樣性指數(shù)來反映土壤細菌群落的豐度和多樣性，包括Chao、Ace、Shannon和Simpson等指數(shù)，相似水平為0.03。Chao和Ace指數(shù)反映樣本中群落的豐富度（species richness），Shannon和Simpson指數(shù)反映群落的多樣性（Species evenness），均受樣本群落中物種豐富度和物種均勻度的影響。Chao、Ace和Shannon指數(shù)越大，Simpson指數(shù)越小，說明樣本中物種越豐富。

1.3.6 七葉一枝花根際與非根際土壤細菌群落顯著性差異分析 基于物種分類信息的數(shù)據(jù)表，利用R語言工具作圖，得到樣本在不同分類水平上的群落結(jié)構(gòu)，根據(jù)群落豐度數(shù)據(jù)，利用matastats對七葉一枝花根際和非根際兩組樣本在不同分類學(xué)水平上進行顯著性差異分析（Differentially Abundant Features）。利用LEfSE軟件根據(jù)分類學(xué)組成對樣本按照不同的分組條件進行線型判別分析（LDA），找出對樣本劃分產(chǎn)生顯著性差異影響的群落，即LDA EffectSize組間群落差異分析。通過分析不同樣本OTU組成反映樣本間的差距和距離的Principal co-ordinates analysis（PCoA）圖通過mothur和R語言軟件生成。

表 2 七葉一枝花土壤的細菌分離數(shù)量Table 2 Plate counts of soil samples

2 結(jié)果與分析

2.1 七葉一枝花土壤細菌數(shù)量分析

七葉一枝花土壤中細菌的數(shù)量如表2所示，細菌含量均在106cfu·g?1以上，說明其中微生物豐富。野生七葉一枝花的根際和非根際（YR1，YNR1，YR2和YNR2）土壤中細菌數(shù)量相當(dāng)，相差5%～6%，均比較豐富；但是不同地區(qū)的野生七葉一枝花的土壤細菌含量相差較大，YR2是YR1的1.6倍，YNR2是YNR1的1.8倍；移栽5年的七葉一枝花的根際土壤ZR1的細菌數(shù)量僅為非根際ZNR1的51%；移栽2年的七葉一枝花的的根際土壤ZR2的細菌數(shù)量是非根際ZNR2的3.14倍，七葉一枝花移栽時間越長，其根際土壤的細菌數(shù)量先增大后減少，且根際和非根際土壤的細菌數(shù)量相差越小，說明移栽對七葉一枝花的根際和非根際土壤細菌產(chǎn)生一定的影響，若移栽的土壤細菌數(shù)量貧瘠，七葉一枝花可以調(diào)節(jié)根際微生物菌群，使其根際土壤細菌數(shù)量增大，若移栽的土壤細菌數(shù)量豐富，七葉一枝花調(diào)控根際土壤細菌形成優(yōu)勢菌群，移栽時間越長根際和非根際土壤細菌數(shù)量越趨于平衡，可能是因為移栽時間足夠長之后，根際土壤中形成了優(yōu)勢菌群。

2.2 七葉一枝花土壤細菌擴增子測序及物種（OTU）組成

南平地區(qū)野生和移栽七葉一枝花的8份土壤細菌DNA文庫經(jīng)過對merge后的reads的質(zhì)量進行質(zhì)控過濾后獲得了共360 596個序列，優(yōu)化后獲得270 081個序列，如表3所示，稀釋性曲線如圖1所示，在測序達到一定深度后，各樣本的稀釋曲線趨于平緩，表明測序深度已經(jīng)基本覆蓋到樣本中所有的物種，覆蓋率高，測序數(shù)據(jù)合理。雖然樣本稀釋性曲線沒有完全平坦，但更多的數(shù)據(jù)量只會產(chǎn)生少量新的OTU，卻使得成本更高。因而，本試驗樣本的取樣深度及測序數(shù)據(jù)量合理，能夠較好地反映七葉一枝花土壤細菌菌群情況。

表 3 七葉一枝花土壤樣本不同分類階元細菌物種（OTU）數(shù)量Table 3 OTUs of soil samples on different biological classification levels

統(tǒng)計七葉一枝花土壤中共有和獨有的細菌物種（OTU）數(shù)量如表3所示，8份土壤中包含8 666種OTUs，各個土壤中OTU數(shù)從904到1 417，其中最大的是移栽5年七葉一枝花的非根際土壤。韋恩圖顯示（圖2），七葉一枝花根際和非根際土壤中共有1 827種OTU，其中根際土壤特有72種OTU，占根際土壤總OTU的4%；非根際土壤特有64種OTU，占非根際土壤總OTU的3.6%。OTU差異分析（圖3），七葉一枝花根際與非根際土壤中差異比較大 的 是OTU-65、OTU-675、OTU-1731、OTU-1329和OTU-1133。

圖 1 七葉一枝花土壤細菌16S rRNA相似水平為97%的稀釋性曲線Fig. 1 Rarefaction curves of soil bacteria with 97% similarity on 16S rRNA

從OTU上分析（表3），七葉一枝花非根際土壤的OTU數(shù)量都大于根際土壤；門水平的數(shù)量在19～21之間，野生七葉一枝花的根際和非根際土壤細菌的門數(shù)量稍有差異，而移栽的七葉一枝花的根際和非根際的門數(shù)量一樣；綱水平的數(shù)量在27～31，野生七葉一枝花的根際和非根際土壤細菌的綱數(shù)量稍有差異，而移栽的七葉一枝花的根際和非根際的綱數(shù)量一樣；目水平的數(shù)量在34～48，野生和移栽的七葉一枝花的非根際土壤細菌的目數(shù)量均略大于根際；科水平的數(shù)量在62～81，野生和移栽的七葉一枝花的非根際土壤細菌的科數(shù)量均略大于根際；屬水平的數(shù)量在88～142，野生和移栽的七葉一枝花的非根際土壤細菌的屬數(shù)量均略大于根際，野生七葉一枝花的根際與非根際土壤細菌的屬數(shù)量相差3～9，移栽2年的七葉一枝花的根際與非根際的細菌屬的數(shù)量相差20，移栽5年的七葉一枝花的根際與非根際的細菌屬的數(shù)量相差4，說明移栽時間越長，根際和非根際的屬水平差異越??；種水平的數(shù)量在85～149，野生和移栽的七葉一枝花的非根際土壤細菌的種數(shù)量均略大于根際，野生七葉一枝花的根際與非根際土壤細菌的種數(shù)量相差2～6，移栽2年的七葉一枝花的根際與非根際的細菌屬的數(shù)量相差19，移栽5年的七葉一枝花的根際與非根際的細菌屬的數(shù)量相差9，也說明移栽時間越長，根際和非根際的種水平差異越小。

圖 2 七葉一枝花土壤細菌物種（OTU）組成的韋恩圖分析Fig. 2 Venn analysis on OTUs of soils

圖 3 七葉一枝花根際與非根際土壤細菌物種（OTU）組成的差異Fig. 3 Venn analysis on OTUs of rhizosphere and nonrhizosphere soils

2.3 七葉一枝花土壤細菌物種豐度分析

七葉一枝花土壤中細菌多樣性豐富性和系統(tǒng)分布在不同水平上進行分析。如圖4所示，在門水平，共檢測到21個細菌門，主要為變形菌門Proteobacteria（31.01%）、酸 桿 菌 門 Acidobacteria（31.68%）、厚壁 菌 門Firmicutes（4.03%）、擬 桿菌Bacteroidetes（6.15%）、硝化螺旋菌門Nitrospirae（2.17%）和綠彎菌門Chloroflexi（2.79%）等。七葉一枝花根際土壤樣本豐度＞2%的細菌為酸桿菌門Acidobacteria（31.68%）、變 形 菌 門 Proteobacteria（31.01%）、放線菌門Actinobacteria（10.99%）、擬桿菌門Bacteroidetes（6.15%）、綠彎菌門Chloroflexi（5.81%）、厚壁菌門Firmicutes（4.03%）、芽單胞菌 門 Gemmatimonadetes（3.45%）和 浮 霉 菌 門Planctomycetes（2.15%）；七葉一枝花非根際土壤樣本豐度＞2%的細菌為變形菌門Proteobacteria（36.70%）、酸桿 菌門 Acidobacteria（27.12%）、放線菌 門Actinobacteria（12.88%）、擬 桿 菌 門 Bacteroidetes（5.51%）、綠彎菌門Chloroflexi（4.81%）、厚壁菌門Firmicutes（3.57%）和芽單胞菌門Gemmatimonadetes（2.16%）；七葉一枝花根際土壤樣本豐度＞2%的細菌門中，放線菌門Actinobacteria和變形菌門Proteobacteria在根際中的豐度低于非根際，其他門在根際中的豐度均高于非根際。

在屬水平，七葉一枝花根際土壤樣本中，豐度＞1%的細菌為Unclassfiled（62.77%）、北里孢菌屬Kitasatospora（4.55%）、馬賽菌屬Massilia（2.62%）、芽單胞菌屬Gemmatimonas（1.79%）、黃桿菌屬Flavobacterium（1.71%）、芽孢桿菌Bacillus（1.67%）、Candidatus_Solibacter（1.58%）、溶桿菌屬Lysobacter（1.56%）、伯克氏菌屬Burkholderia（1.53%）、鏈嗜酸菌屬Streptacidiphilus（1.47）、類芽孢桿菌Paenibacillus（1.42%）、Bryobacter（1.22%）和嗜酸棲熱菌屬Acidothermus（1.15%）；非根際土壤樣本中，豐度＞1%的細菌為北里孢菌屬Kitasatospora（57.12%）、馬賽菌屬Massilia（5.46%）、Unclassfiled（5.30%）、芽 單 胞 菌 屬Gemmatimonas（3.78%）、Perlucidibaca（2.44%）、黃 桿 菌 屬Flavobacterium（1.85%）、堆囊菌屬Sorangium（1.66%）、鏈嗜酸菌屬Streptacidiphilus（1.56）、貪銅菌屬Cupriavidus（1.32%）、Dyella（1.19%）、Candidatus_Solibacter（1.18%）和Arenimonas（1.03%）。根際與非根際土壤中細菌屬差異較大的是Unclassfiled和北里孢菌屬（Kitasatospora）；根際土壤中芽孢桿菌（Bacillus）、溶桿菌屬（Lysobacter）、伯克氏菌屬（Burkholderia）、類芽孢桿菌（Paenibacillus）、Bryobacter和嗜酸棲熱菌屬Acidothermus的豐度＞1%，而在非根際土壤中豐度＜1%；非根際土壤中Perlucidibaca、堆囊菌屬Sorangium、貪 銅 菌 屬 Cupriavidus、 Dyella和Arenimonas豐度＞1%，而在根際土壤中豐度＜1%。

2.4 七葉一枝花土壤細菌物種多樣性分析

七葉一枝花土壤中微生物群落的多樣性指數(shù)如表4所示，Chao、Ace和Shannon指數(shù)越大，Simpson指數(shù)越小，說明樣本中細菌物種越豐富。Chao和Ace指數(shù)反映樣品中群落的豐富度。Chao指數(shù)介于758.2692～1 544.8750，是OTU數(shù)目的1倍左右，表明本研究的細菌多樣性測序深度達到了豐富度估計值的80%左右。Chao和Ace指數(shù)分析，野生Y1根際土壤中細菌的豐富度高于非根際，但是野生Y2根際土壤中細菌的豐富度低于非根際，移栽Z1和Z2根際土壤中細菌的豐富度均低于非根際，即七葉一枝花的根際土壤中的細菌豐富度低于非根際，說明七葉一枝花對根際的土壤細菌影響較大，可能是由于其根際形成優(yōu)勢菌群，所以根際土壤細菌的豐富度相對較低；七葉一枝花根際土壤中細菌的豐富度，移栽2年的最低，而移栽5年的與野生的土相當(dāng)；七葉一枝花的非根際土壤中細菌的豐富度，移栽2年的最低，移栽5年后的細菌豐富度增大，甚至高過野生的。

Shannon和Simpson指數(shù)反映樣品中群落的多樣性，Shannon指數(shù)值越大，Simpson指數(shù)值越小，說明群落多樣性越高。經(jīng)Shannon和Simpson指數(shù)分析，野生七葉一枝花的根際土壤細菌群落多樣性高于非根際，而移栽七葉一枝花的根際土壤細菌群落多樣性低于非根際，移栽2年和5年七葉一枝花的根際土壤中細菌的多樣性低于非根際，移栽2年七葉一枝花的土壤中細菌的多樣性低于野生，而移栽5年七葉一枝花的土壤中細菌的多樣性高于野生七葉一枝花土壤，結(jié)果表明，七葉一枝花影響土壤中細菌的多樣性，隨移栽時間的延長，七葉一枝花對土壤中微生態(tài)系統(tǒng)的影響越大，可能是由于其根際形成優(yōu)勢菌群，所以根際土壤細菌的多樣性相對較低。

將所有七葉一枝花土壤分為根際和非根際2組，其Alpha多樣性指數(shù)如圖5所示，說明七葉一枝花非根際土壤的細菌豐富度和多樣性均大于七葉一枝花根際土壤。

2.5 七葉一枝花土壤樣品細菌群落結(jié)構(gòu)差異分析及顯著性差異分析

七葉一枝花土壤中細菌群落結(jié)構(gòu)不同（不同水平），根據(jù)得到的OTU和群落豐度數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學(xué)方法檢測七葉一枝花根際和非根際土壤中微生物群落的豐度差異，進行稀有頻率數(shù)據(jù)的多重假設(shè)檢驗和假發(fā)現(xiàn)率分析來評估差異的顯著性，如圖6所示。

在門水平和科水平?jīng)]有顯著差異。在綱水平，具有顯著差異的是綠菌綱Chlorobia，其在七葉一枝花根際土壤中的含量低于非根際土壤；在目水平，具有顯著差異的是綠菌目Chlorobiales和粘球菌目Myxococcales，其在七葉一枝花根際土壤中的含量低于非根際土壤；在屬水平，具有顯著差異的是不動桿菌屬Acinetobacter和Rudaea，其在七葉一枝花根際土壤中的含量低于非根際土壤；在種水平，具有顯著差異的是Mucilaginibacter ximonensis,uncultured-Nannocystineae bacterium,uncultured Singulisphaer asp.,uncultured Solibacteraceae bacterium,uncultured Xanthomonadaceae bacterium，其在七葉一枝花根際土壤中的含量均低于非根際。

七葉一枝花根際和非根際土壤中起重要作用的細菌依據(jù)LDA EffectSize組間群落差異（圖7）分析可得，野生七葉一枝花根際和非根際土壤中起到重要作用的門水平?jīng)]有差異。

2.6 七葉一枝花土壤細菌的Beta多樣性分析

樣 本 的Principal co-ordinates analysis（PCoA）如圖8所示，通過分析不同樣本OTU組成反映樣本間的差距和距離，分析個體或群體間的差異。PCoA結(jié)果顯示，野生七葉一枝花的土壤細菌物種（OTU）構(gòu)成相近，可以聚為一類，移栽5年七葉一枝花或移栽2年七葉一枝花與野生七葉一枝花的細菌物種（OTU）構(gòu)成差異比較大，單獨聚為一類。同一個樣本的根際和非根際土壤均聚為1類。

圖 5 七葉一枝花土壤樣本的Alpha多樣性指數(shù)Fig. 5 Alpha? diversity of soils

圖 6 綱（A）、目（B）、屬（C）和種（D）水平的微生物組間群落顯著性差異Fig. 6 Differentially abundant groups on class level (A), order level (B), genus level (C), and species level (D)

圖 7 LDA EffectSize組間群落差異Fig. 7 LDA Effect Size of differentially abundant groups

圖 8 基于OTU水平的PCoAFig. 8 Principal co-ordinates analysis (PCoA) based on OTU of 8 samples

2.7 七葉一枝花根際和非根際的熱圖分析

七葉一枝花根際和非根際的熱圖分析如圖9所示，按栽培模式的不同，樣本聚成4類：野生七葉一枝花的土壤（YR1和YNR1）、野生七葉一枝花的土壤（YR2和YNR2）、移栽5年的七葉一枝花土壤（ZR1、ZNR1）和移栽2年的七葉一枝花土壤（ZR2和ZNR2），說明七葉一枝花的根際和非根際土壤沒有顯著差異。

圖 9 七葉一枝花根際和非根際土壤的unweighted.unifrac差異性矩陣熱圖（相似水平97%）Fig. 9 Heatmap of unweighted.unifrac dissimilarity matrix of soils

3 討論與結(jié)論

土壤微生物是土壤的重要組成部分，土壤微生物群落多樣性可敏感地反映出土壤質(zhì)量的變化，土壤微生物種類和數(shù)量可以作為評價土壤肥力的指標[11]。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物及其與生物環(huán)境之間的關(guān)系復(fù)雜多樣，土壤生物之間存在相互依賴、彼此制約的關(guān)系，同時又與周圍的環(huán)境因子相互作用、往復(fù)調(diào)控[12]。本研究中七葉一枝花土壤中共檢測到包括變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、硝化螺旋菌門和綠彎菌門等21門細菌。其中移栽后根際土壤微生物多樣性低于非根際土壤。并且隨著移栽后時間的推移，根際土壤中細菌的豐富度先升高后降低，說明七葉一枝花對根際的土壤細菌影響較大，可能是由于其根際形成優(yōu)勢菌群，所以根際土壤細菌的豐富度相對較低，并且在移栽2年后的豐富度最低，而移栽5年后的土壤細菌的豐富度與野生的土壤相當(dāng)，說明七葉一枝花可能對土壤微生物群落具有調(diào)節(jié)作用[13]。殷全玉[14]研究表明延邊地區(qū)植煙土壤中放線菌門為主要的土壤微生物類群。黃珍等[15]研究表明海南香蕉園中土壤樣本中的主要細菌類群是變形菌門、厚壁菌門和酸桿菌門。本研究中七葉一枝花含量最為豐富的是變形菌門，其次是酸桿菌門和放線菌門。說明不同根際環(huán)境的微生物優(yōu)勢菌群存在差異，本研究的七葉一枝花土壤樣本具有一般土壤微生物群落組成的共性。

七葉一枝花土壤樣本在門水平和科水平?jīng)]有顯著差異。在綱水平，具有顯著差異的是綠菌綱Chlorobia，其在七葉一枝花根際土壤中的含量低于非根際土壤。在目水平，七葉一枝花根際土壤中綠菌目Chlorobiales和粘球菌目Myxococcales含量顯著低于非根際土壤。在屬水平，在七葉一枝花根際土壤中不動桿菌屬Acinetobacter的含量顯著低于非根際土壤的含量。根際土壤中芽孢桿菌Bacillus、溶桿菌屬Lysobacter、伯克氏菌屬Burkholderia、類芽孢桿菌Paenibacillus、Bryobacter和嗜酸棲熱菌屬Acidothermus的豐度大于非根際土壤。芽孢桿菌Bacillus屬于促生菌，具有促進植物生長，減少植物病蟲害的作用[16]。類芽孢桿菌Paenibacillus具有良好的解鉀溶磷促生和共生固氮功能[17]，能夠釋放鉀素，產(chǎn)生有機酸、氨基酸、激素等物質(zhì)，改善植物營養(yǎng)，促進植株生長[18]。伯克氏菌屬Burkholderia對于生物降解、農(nóng)業(yè)中的生物控制及促進植物生長的根圈微生物的生長等具有重要作用[19]。在七葉一枝花的根際土壤中芽孢桿菌Bacillus、類芽孢桿菌Paenibacillus和伯克氏菌屬Burkholderia等菌群的豐富度高于非根際土壤，說明根際土壤中有益菌群的數(shù)量多于非根際土壤，這些有益菌群可以增加七葉一枝花對土壤中鉀、磷、氨基酸以及其他微量元素和有機物質(zhì)的吸收，從而促進七葉一枝花的生長，對改善根際土壤環(huán)境具有重要的作用[20]。說明根際具有更優(yōu)的微生物群落多樣性。