根袋法獲取木薯根際土壤及其細(xì)菌群落特征研究

韋云東 羅燕春 鄭華 李軍 盤歡 雷開文 徐釧

摘 ?要：為了獲取木薯根際土壤并研究其細(xì)菌群落特征，加深對木薯根際微生態(tài)的認(rèn)知，開展根袋試驗，以粘土和砂質(zhì)壤土根袋內(nèi)不同土壤質(zhì)量（100～500 g）為處理。結(jié)果表明，根袋內(nèi)土質(zhì)量影響株高，但不影響莖葉重。根袋內(nèi)100 g土的速效養(yǎng)分受到根系強(qiáng)烈影響，其中銨態(tài)氮和速效鉀顯著高于根袋外。Illumina Hiseq高通量測序結(jié)果表明，細(xì)菌優(yōu)勢菌門包括變形菌門（31.272%）、放線菌門（25.753%）、酸桿菌門（12.761%）、綠彎菌門（8.799%）等。2種土壤根袋內(nèi)細(xì)菌α多樣性增加，粘土細(xì)菌豐度也增加。RDA分析表明，土壤速效磷與放線菌門和綠彎菌門正相關(guān)，與變形菌門負(fù)相關(guān);速效氮、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與芽單胞菌門、酸桿菌門、Parcubacteria等負(fù)相關(guān)，與厚壁菌門、藍(lán)藻門、梭桿菌門、擬桿菌門正相關(guān);從根袋內(nèi)外土壤速效養(yǎng)分和土壤細(xì)菌多樣性綜合判定，根袋內(nèi)100 g土壤時可視為根際土壤，且銨態(tài)氮和速效鉀可作為判斷是否根際土壤的指示指標(biāo)。根際微生物多樣性顯著提高。鞘脂桿菌目是木薯品種SC205在不同土質(zhì)下共同富集的根際細(xì)菌。發(fā)現(xiàn)了土壤速效養(yǎng)分與部分細(xì)菌門的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：木薯根際;銨態(tài)氮;速效鉀;微生物群落;鞘脂桿菌目

中圖分類號：S141.2;S143;S533 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In order to collect cassava rhizosphere soil and study its bacteria community， and further deepen the knowledge of the micro-ecology of the rhizosphere soil， a field trial with the “root bag” method was carried out with two soil textures （clay and sandy roam） and a series of soil quantity from 100g to 500g in the root bag. Cassava plant height was significantly influenced by the soil quantity in the root bag， while cassava shoot weight was not. Soil available nutrients were strongly affected by roots when soil quantity in the root bag was only 100g， ammonium content （NH4-N） and available potassium （AK） was enriched significantly compared to bulk soil. Results from high throughout sequencing by Illumina Hiseq showed that the dominant bacterial community was Proteobacteria （31.272%）， Actinobacteria （25.753%）， Acidobacteria （12.761%）， Chloroflexi （8.799%） et al. Results from α diversity indexes showed that the diversity of bacteria was increased in the rhizospheric soil， and the species richness was also increased in the clay. Compared to bulk soil， the soil samples collected from the inside “root bag” was relatively rich in Sphingobacteriales， Rhizobiales， Xanthomonadales， Verrucomicrobia and related phylum， class， genus and species for the clay， and for the sandy roam， rich in Sphingobacteriales and genus and species in gemmatimonadaceae. Results from Redundancy analysis （RDA） triplots demonstrated that soil available phosphorus （AP） was positively correlated to Actinobacteria and Chloroflexi， and negatively correlated to Proteobacteria; Soil available nitrogen （AN）， AK， NH4-N， nitrates nitrogen （NO3-N） were negatively correlated with Gemmatimonadetes， Acidobacteria， Parcubacteria， Elusimicrobia， Armatimonadetes， TM6_Dependentiae， Chlorobi et al.， and positively correlated with Firmicutes， Cyanobacteria， Fusobacteria， Bacteroidetes. In concusion， the 100g soil in the root bag could be seen as cassava rhizospheric soil according to soil nutrients and bacteria diversity. And NH4-N and AK could be regarded as the indicators as cassava rhizospheric soil. Soil microbial diversity was improved in the rhizosphere， and Sphingobacteriales was the enriched bacteria in both soil textures. Soil nutrients were correlated with some classification of soil bacterial.

Keywords： cassava rhizosphere; ammonium nitrogen; available phosphorus; microbial community; Sphingobacteri-ales

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.09.029

根際是植物根系與土壤緊密接觸且相互影響的微生態(tài)環(huán)境，是植物和土壤進(jìn)行物質(zhì)、能量交換的場所，具有豐富的根際微生物種群。根際土壤微生物群落是土壤生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮作用的重要媒介，是反應(yīng)土壤健康狀態(tài)的重要指標(biāo)[1]。根際土壤微生物群落的組成和變化對調(diào)節(jié)土壤肥力有重要影響。影響根際微生物群落的2個重要因素是植物種類[2-3]和土壤類型[4]。根際微生物主要來源于土壤[5]，而植物對根際微生物有一定的篩選作用[6-7]。根系分泌物可以增加根際微生物的活性，吸引特異的微生物種群[8]。此外，還受植物年齡[9]、生長期[10-11]、種植模式[12-15]、施肥[16-17]以及根際內(nèi)其他生物體等多種因素的影響[18-19]。

木薯是世界三大薯類作物之一，有著“地下糧倉”“淀粉之王”的美譽(yù)，也是我國南方紅壤區(qū)重要經(jīng)濟(jì)作物，是食品、飼料、醫(yī)藥、化工、食用酒精、生物燃料等行業(yè)的重要原料。對木薯根際土壤微生物的研究是深入了解其根際過程包括根系分泌物、養(yǎng)分吸收與微生物交互作用的基礎(chǔ)，進(jìn)而為木薯生長調(diào)節(jié)提供理論基礎(chǔ)。目前，對木薯根際微生物的研究十分有限。唐秀梅等[20]發(fā)現(xiàn)木薯/花生間作可增加根際土壤細(xì)菌、真菌、放線菌及總微生物數(shù)量和微生物多樣性;徐海強(qiáng)等[21]用“抖落法”[22-23]采集了木薯單作或與花生間作的木薯和花生根際土樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)木薯塊根形成期細(xì)菌、真菌數(shù)量達(dá)到最大值，間作有利于根際土壤向細(xì)菌型轉(zhuǎn)化，且可改變根際土壤細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)。

木薯養(yǎng)分最大吸收期在植后約90～120 d，此時地下部塊根屬于快速膨大期，且木薯根毛少，采用傳統(tǒng)“抖落法”采集根際土壤十分困難?！案ā盵24-25]是研究根際土壤較常用的方法，可能是獲取木薯根際土壤的較好的方法。由于植物根系影響根際土壤的范圍很小，一方面需要確保根袋內(nèi)的土壤明確受到了根際影響，另一方面則需要獲取盡可能多的土壤重量，以便測試與分析。因此，根袋內(nèi)土壤重量是一個重要的參數(shù)。本研究采用“根袋法”，設(shè)置2種不同質(zhì)地土壤，及根袋內(nèi)不同土壤重量，并測定土壤速效養(yǎng)分和細(xì)菌多樣性，以探討根袋法采集木薯根際土壤的最佳參數(shù)和根際細(xì)菌群落特征，以及根際細(xì)菌與速效養(yǎng)分的關(guān)系，從而為深入認(rèn)知木薯根際微生態(tài)提供基礎(chǔ)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

試驗于2018年在廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所木薯試驗基地（225404.59N， 1082003.41E）開展，試驗地土壤為紅壤。袋內(nèi)所試土壤（大袋和小袋）分別為粘土（取自南寧市武鳴區(qū)）和砂質(zhì)壤土（取自合浦縣）。其中粘土的粘粒（<0.002 mm）、砂粒（2～0.05 mm）、粉（砂）粒（0.05～0.002 mm）含量分別為58.49%，33.00%，8.51%;砂質(zhì)壤土則分別為15.25%，78.64%，6.10%。土壤的基本理化性質(zhì)：粘土pH、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、緩效鉀分別為5.7、1.410 g/kg，2.65 g/kg，4.39 g/kg，122.0 mg/kg，154 mg/kg，65.7 mg/kg;砂質(zhì)壤土對應(yīng)指標(biāo)分別為6.0、0.699 g/kg，0.84 g/kg，2.13 g/kg，56.4 mg/kg，135 mg/kg，90.4 mg/kg。參試土風(fēng)干過2 mm篩。供試木薯品種為‘華南205（SC205）。根袋材質(zhì)為300目尼龍網(wǎng)，分為大袋和小袋。大袋為50 cm×30 cm×15 cm的長方體，上部中間有長13 cm，高7 cm的一條開口，方便放入小袋。小袋為長30 cm，直徑5 cm，正中間有高10 cm，直徑5 cm的T型凸起，凸起上下均開口，用于種植木薯種莖。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計 ?試驗共10個處理，包括2種土壤質(zhì)地、不同肥料處理、根袋內(nèi)不同土壤重量等（表1），每個處理4個重復(fù)。種植時先將大袋裝滿參試混過肥料的土壤（粘土22.5 kg，砂質(zhì)壤土25.0 kg）并埋入田間地下10 cm，再把小袋置于大袋內(nèi)，小袋按處理內(nèi)置不同重量和質(zhì)地參試土壤，木薯種莖由小袋開口處垂直插入種植。各大袋埋于田間位置按株行距為80 cm×90 cm隨機(jī)區(qū)組排列。2018年4月10日種植木薯，試驗地采取滴灌，所用滴頭流速為4 L/h。

2018年8月8—9日（植后120～121 d）按處理號順序采樣。采樣時測量木薯株高、莖葉重。取樣時分別取大袋內(nèi)的土壤和根袋（小袋）內(nèi)的土壤，其中相同土質(zhì)的根袋外土壤視為根袋外重復(fù)。每個樣品通過四分法分為3份：一份質(zhì)量約10 g，取樣后迅速用錫紙包裹放入液氮中速凍，之后保存在40 ℃冰箱;第2份取樣后迅速放入4 ℃冷藏箱，之后保存于4 ℃冰箱中;第3份取樣后風(fēng)干過20目篩。土壤樣品測試銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效氮、速效磷、速效鉀。選取處理1、3、5、10、11、13的根袋內(nèi)外樣品進(jìn)行細(xì)菌（16S）和AMF真菌多樣性高通量測序。

1.2.2 ?采樣與測試方法 ?土壤速效氮（堿解氮）按照堿解擴(kuò)散法，速效磷碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提火焰光度計法測定，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用氯化鉀浸提 AA3-A001-02E型流動注射分析儀方法測定[26]。將保存在40 ℃的樣品在液氮下使用瑪瑙研缽磨碎，使用干冰運輸（約40 ℃）送檢，進(jìn)行細(xì)菌（16S）高通量測序，其包括DNA提取和PCR擴(kuò)增、測序、數(shù)據(jù)處理等過程，與Li等[27]相同，都是由Illumina Hiseq 2500平臺進(jìn)行測序。

LEfSe（LDA EffectSize）首先使用non-pa-rametric factorial Kruskal-Wallis （KW） sum-rank test（非參數(shù)因子克魯斯卡爾—沃利斯和秩驗檢）檢測具有顯著豐度差異特征，并找到與豐度有顯著性差異的類群。然后，LEfSe采用線性判別分析（LDA）來估算每個組分（物種）豐度對差異效果影響的大小。LDA值分布柱狀圖中展示了LDA Score大于設(shè)定值（默認(rèn)設(shè)置為4）的物種，即組間具有統(tǒng)計學(xué)差異的Biomarker。展示了不同組中豐度差異顯著的物種，柱狀圖的長度代表差異物種的影響大?。礊長DA Score）?？紤]到分析需要和部分處理進(jìn)入分析會導(dǎo)致整體差異不顯著，僅選擇部分處理進(jìn)行該分析，包括：兩種土壤比較（claysoil和sandsoil）、粘土各處理根袋內(nèi)外土壤（claysoil，clay100，clay300）、砂質(zhì)壤土根袋內(nèi)外土壤（sandsoil，sand100）。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

土壤速效養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)采用Microsoft office 2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，方差分析采用RStudio Version 1.1.463（基于R Version 3.5.2）軟件中的ANOVA進(jìn)行，多重比較采用SSR法;非參數(shù)秩和檢驗用boxplerk.R函數(shù)完成，采用Bonferroni Holm方法校正P值。細(xì)菌α多樣性采用Qiime程序計算（在百邁克云平臺完成）。細(xì)菌門水平Heatmap圖和聚類分析采用（Pheatmap包進(jìn)行作圖）LEfSe（LDA EffectSize）按照Segata等[28]中的方法計算，LDA值分布柱狀圖中展示了LDA Score大于4的物種，即組間具有統(tǒng)計學(xué)差異的Biomarker，該分析和作圖均在百邁克云平臺中進(jìn)行（www.biocloud.net）。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?木薯生長狀況

隨著根袋內(nèi)砂質(zhì)壤土重量減少，木薯株高有逐漸降低的趨勢，并可用一元二次方程極顯著擬合（圖1）。并且根袋內(nèi)有500 g土?xí)r（處理10）比根袋內(nèi)僅有100 g（處理6）和200 g土（處理7）顯著增加。說明根袋內(nèi)砂質(zhì)壤土的重量對木薯株高影響極顯著。粘土木薯株高在各處理之間無顯著差異，但隨著根袋內(nèi)土壤重量減少呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，且根袋內(nèi)500～200 g時還可以用拋物線顯著擬合。

2.2 ?土壤速效養(yǎng)分

砂質(zhì)壤土速效氮、速效磷、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮顯著低于粘土（P<0.05，圖表略，參考圖2）。從2種土壤的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的絕對值大?。▓D2）可以看出，在本試驗條件下，銨態(tài)氮顯著高于硝態(tài)氮。硝態(tài)氮與銨態(tài)氮在土壤中受到肥料釋放、硝化作用和反硝化作用、作物吸收等過程的影響。本試驗肥料中銨態(tài)氮釋放后，在土壤水分含量較高的條件下土壤中反硝化作用可能比較明顯，導(dǎo)致銨態(tài)氮含量高于硝態(tài)氮。

根袋內(nèi)速效養(yǎng)分各指標(biāo)隨著根袋內(nèi)土壤重量從500 g減少到100 g，有不同的趨勢，可以分為3類：第1類為無明顯趨勢，包括粘土速效氮、砂質(zhì)壤土硝態(tài)氮;第2類為逐漸上升或者忽然上升，包括粘土速效磷、速效鉀、銨態(tài)氮，砂質(zhì)壤土速效氮、速效鉀、銨態(tài)氮;第3類為先降低后上升，如砂質(zhì)壤土速效磷、銨態(tài)氮、粘土硝態(tài)氮。根袋內(nèi)土壤一方面受到根系的吸收作用，速效養(yǎng)分會減少;另一方面其與根系直接接觸，根系分泌物和微生物相互作用，會對土壤速效養(yǎng)分產(chǎn)生一定的“活化”作用，導(dǎo)致速效養(yǎng)分增加。第1類可能保持二者的平衡;第2類可能表現(xiàn)為隨著根袋內(nèi)土壤減少，根系的“活化”作用逐漸得以體現(xiàn);第3類則更體現(xiàn)出了兩種作用的動態(tài)變化：根袋內(nèi)土壤較多時，根系吸收作用是主要作用，根袋內(nèi)土壤較少時，“活化”效果明顯。根袋內(nèi)外有顯著差異的速效養(yǎng)分包括砂質(zhì)壤土速效氮，粘土和砂質(zhì)壤土速效鉀、銨態(tài)氮，均表現(xiàn)為根袋內(nèi)顯著高于根袋外。土壤速效養(yǎng)分與木薯株高和莖葉重均無顯著相關(guān)性。

2.3 ?土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

細(xì)菌測序中，32個樣品測序共獲得1 797 928對Reads，雙端Reads拼接、過濾后共產(chǎn)生1 465 507條Clean tags，每個樣品至少產(chǎn)生26 416條Clean tags，平均產(chǎn)生45 797條Clean tags。

可準(zhǔn)確注釋細(xì)菌門有27個門（圖3），其中平均相對豐度超過1%的有10個，平均值最大的是變形菌門（Proteobacteria，34.86%7.25%），其次為放線菌門（Actinobacteria，20.29%±7.51%），酸桿菌門（Acidobacteria，12.54%±3.46%），綠彎菌門（Chloroflexi，6.50%±2.50%），擬桿菌門（Bacteroidetes，6.27%±3.86%），厚壁菌門（Firmicutes，5.86%±3.23%），芽單胞菌門（Gemmatimonadetes，4.42%±3.89%），藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria，2.88%±5.35%），疣微菌門（Verrucomicrobia，2.46%±0.85%），螺旋體菌門（Saccharibacteria，1.20%±0.64%）。clay100和sand100合計的優(yōu)勢細(xì)菌菌門為變形菌門（37.016%，從圖3計算，此段下同）、放線菌門（18.215%）、酸桿菌門（12.847%）、擬桿菌門（7.583%）、綠彎菌門（6.482%）、厚壁菌門、芽單胞菌門等;claysoil和sandsoil合計的細(xì)菌優(yōu)勢菌門為變形菌門（31.272%）、放線菌門（25.753%）、酸桿菌門（12.761%）、綠彎菌門（8.799%）、厚壁菌門，芽單胞菌門、擬桿菌門（2.691%）等。擬桿菌門的相對豐度和排序有較大差異，非參數(shù)秩和檢驗（圖表略）的結(jié)果為clay100（大小排序1）大于claysoil，且clay300（大小排序2）大于sandsoil（最?。?，數(shù)據(jù)綜合起來表現(xiàn)出上述差異。

聚類分析表明，claysoil可以單獨分為一個一級分類（圖3），與其他所有土樣均有差異。而clay500有2個樣在二級分類單獨存在。砂質(zhì)壤土大部分的樣品被分類到了三級分類之一，且所有樣均未與粘土混合分類，表明2種土壤細(xì)菌分布存在明顯差異。

由表2可以看出，粘土（claysoil）和砂質(zhì)壤土（sandsoil）根袋外的細(xì)菌α多樣性各指標(biāo)均無顯著差異。粘土的細(xì)菌種水平的α多樣性各指標(biāo)均表現(xiàn)出了顯著差異。Shannon指數(shù)大小順序為clay100>clay300≈clay500>claysoil，同時考慮了物種豐富度以及均勻度。一般來說，Shannon指數(shù)值越大，物種多樣性越高。Simpson指數(shù)順序為claysoil>clay300≈clay500>clay100，該指數(shù)同樣考慮了物種豐富度以及均勻度，但與Shannon指數(shù)相比，它更受均勻度的影響，該指數(shù)越大，表示均勻度越高，反之，表示多樣性越高。ACE指數(shù)則表現(xiàn)為clay100最高，claysoil最低;Chao1指數(shù)為clay100最高，clay500次之，二者都顯著高于claysoil。ACE和Chao1指標(biāo)均是度量物種豐富度的指標(biāo)，值越大，豐富度越高。從α多樣性指標(biāo)可以看出，粘土根袋內(nèi)細(xì)菌多樣性和豐度均高于根袋外，且clay100達(dá)到了最高值?？梢娬惩粮鼉?nèi)土壤受到根際影響，細(xì)菌生物多樣性和豐度均顯著增加，以根袋內(nèi)土重100 g時最高。

砂質(zhì)壤土細(xì)菌的Shannon指數(shù)為sand100最大，顯著大于sand200和sandsoil（砂質(zhì)壤土根袋外），Simpson指數(shù)為sand100最小，顯著小于sand400，sand200和sandsoil。但各處理間的ACE和Chao1指數(shù)沒有顯著差異。說明sand100細(xì)菌多樣性增加，但豐度并無影響。

2.4 ?土壤細(xì)菌LEfSe分析

砂質(zhì)壤土4個處理之間的LEfSe分析沒有找到能顯著區(qū)別細(xì)菌各處理的Biomarker，但是砂質(zhì)壤土（sandsoil）與sand100之間找到了2個，其中酸桿菌門-鞘脂桿菌綱（Sphingobacteriia）-鞘脂桿菌目（Sphingobacteriales）均表現(xiàn)為sand100顯著高于sandsoil，該類細(xì)菌可能適宜根袋內(nèi)的環(huán)境，或者適宜根系分泌物，或者根袋內(nèi)特殊的氮、鉀富集情況。而sandsoil的芽單胞菌門，uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae屬，uncultured_bacterium_f_Gemmatimonadaceae種要顯著高于sand100（圖5），可能該屬和種不適宜根袋內(nèi)有機(jī)物較豐富的環(huán)境。粘土各處理細(xì)菌的LEfSe分析結(jié)果表明，clay500與其他各處理間均無顯著差異（圖表略）。claysoil，clay300， Clay100 3個處理中有4個細(xì)菌門，3個綱，6個目，7個科，5個屬，2個種的LDA值大于4，也就是有顯著差異（圖4），可以作為區(qū)分各處理的Biom?arker。其中根袋外相對富集的細(xì)菌有酸熱菌科（Acidot?h?e?rmaceae，放線菌綱）-熱酸菌屬（Acido?th?ermus）-未準(zhǔn)確注釋種、弗蘭克氏菌目（Fran?kiales，放線菌綱）-弗蘭克氏菌科（Frankiaceae）- Ja?trophihabitans屬-未注釋種、鏈霉菌目（Strep?tomycetales，放線菌綱）-鏈霉菌科（Strept?omyce?taceae）-鏈霉菌屬（Streptomyces）、Solirubrobact?erales目（Thermoleophilia綱）-YNPFFP1科。根袋內(nèi)相對富集的細(xì)菌有：鞘脂桿菌目-噬幾丁質(zhì)菌科（Chitinophagaceae）-Chitinop?haga屬、芽胞桿菌目（Bacillales，厚壁菌門桿菌綱）;根瘤菌目（Rhizobiales，變形菌門α變形菌綱）、黃色單胞菌科（Xanthomonadaceae，β變形菌綱）、疣微菌門[相對豐度范圍為（1.85%±0.38%）～（3.37%± 1.06%）]。兩種土壤根際共同富集的細(xì)菌為鞘脂桿菌目。

2.5 ?土壤微生物與速效養(yǎng)分的冗余分析（RDA）

細(xì)菌門水平相對豐度與土壤速效養(yǎng)分之間的RDA分析結(jié)果表明，土壤速效養(yǎng)各指標(biāo)對土壤細(xì)菌的總方差的解釋率為47.44%（校正R2為37.33%），其中第一典范軸（RDA1）和第二典范軸（RDA2）的解釋率分別為35.22%和7.87%（圖6）。對各典范軸進(jìn)行置換檢驗，其整體F/sig為4.6939/0.001，達(dá)到極顯著水平。具體到單個的典范軸，只有第一軸（RDA1）達(dá)到了顯著水平（F/sig為17.43/0.001）。第二軸的F/sig為3.894/0.074，未達(dá)到顯著水平。對每個環(huán)境因子進(jìn)行檢驗，發(fā)現(xiàn)AN，AP，AK 3個指標(biāo)的F/sig分別為16.520/0.001，2.546/0.043，2.243/0.050，均達(dá)到了顯著及以上水平。

RDA三序圖可以看出（圖6），部分細(xì)菌門之間有正相關(guān)性，如芽單胞菌門，酸桿菌門，Parcubacteria，迷蹤菌門，裝甲菌門，TM6_De-pendentiae，綠菌門的向量均在第一象限，他們之間均具有正相關(guān)性，而他們與第三象限的厚壁菌門，藍(lán)藻門，梭桿菌門，擬桿菌門之間負(fù)相關(guān);第四象限的向量僅有變形菌門，該細(xì)菌門還與擬桿菌門，梭桿菌門，芽單胞菌門有正相關(guān)，與第二象限的向量放線菌門和綠彎菌門有負(fù)相關(guān)。

土壤速效磷向量位于第二象限，與同處于第二象限的放線菌門和綠彎菌門正相關(guān)，與第四象限的變形菌門負(fù)相關(guān)。速效養(yǎng)分的向量除了速效磷外，其他的均在第三象限，與第一象限的所有細(xì)菌向量有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，與同處第三象限的擬桿菌門、厚壁菌門、梭桿菌門正相關(guān)。

2種土壤的點分布表現(xiàn)出了明顯的差異，粘土分布在第二、三象限，其中claysoil全部分布在第二象限，其他3個粘土處理分布各有1個分布在第二象限，各有3個分布在第三象限，可見粘土根袋內(nèi)外土壤細(xì)菌有一定的差異。砂質(zhì)壤土分布在第一、四象限，其中sand100全部分布第四象限，sand200和sandsoil分別在第一、第四象限各2個點，sand400則在第一、四象限各1、3個點。

3 ?討論

本研究中，根際（根袋土重100 g時）與非根際僅粘土速效鉀，砂質(zhì)壤土速效氮，砂質(zhì)壤土速效鉀表現(xiàn)出了顯著差異，且均為根際富集作用。根際土壤速效養(yǎng)分是否富集與與植物種類密切相關(guān)。如根際土壤速效氮、有效磷、有效鉀在不同沙漠植物中有的富集，有的虧缺[29-33];而荒漠鹽土5種鹽生植物根際土的速效氮虧缺，而有效磷則富集[34]。樟子松根際土壤速效氮、速效鉀在根際富集，速效磷則為虧缺[35]。玉米生長30 d時，根表1～2 mm處出現(xiàn)了鉀富集，但在60 d時，根表K出現(xiàn)虧缺區(qū)且擴(kuò)大[36]。另外，土壤速效鉀或者緩效鉀還受到土壤含水量、土壤類型[37]、質(zhì)地[38]等因素的影響。本研究中，銨態(tài)氮和速效鉀在根際土壤中富集，經(jīng)相關(guān)分析，二者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.739，達(dá)到極顯著水平。但該根袋法并不能取得根表近距離的樣品，因此木薯根際的養(yǎng)分富集還需要進(jìn)一步研究。

粘土根袋內(nèi)土壤受到根際影響，細(xì)菌α多樣性和豐度均顯著增加，以根袋內(nèi)土重100 g時最高。砂質(zhì)壤土根袋內(nèi)100 g時根袋內(nèi)細(xì)菌α多樣性增加，但豐度并無影響。根際由于根系分泌物為微生物提供碳源，微生物生長更活躍，根際微生物表現(xiàn)出了更高的多樣性。

其中Gem為Gemmatimonadetes（芽單胞菌門），Aci為Acidobacteria（酸桿菌門），Pro為Proteobacteria（變形菌門），Bac為Bacteroidetes（擬桿菌門），Cya為Cyanobacteria（藍(lán)藻門），F(xiàn)ir為Firmicutes （厚壁菌門），Par為Parcubacteria，CHF為Chloroflexi（綠彎菌門），F(xiàn)us為Fusob?acteria（梭桿菌門），Elu為Elusimicrobia（迷蹤菌門），TM6為TM6_Dependentiae，Arm為Armati?monadetes（裝甲菌門），CHB為Chlorobi（綠菌門），Act為Actinobacteria（放線菌門）。

綜合來看，根袋內(nèi)100 g土壤的土壤速效養(yǎng)分和細(xì)菌多樣性均受到了根系影響，可視為根際土壤，2種土壤質(zhì)地下，銨態(tài)氮和速效鉀都明顯根際富集，可以作為判斷木薯根際土壤的指示指標(biāo)。

可準(zhǔn)確注釋細(xì)菌門有27個門，整體上優(yōu)勢群落包括變形菌門，放線菌門，酸桿菌門，綠彎菌門，擬桿菌門，厚壁菌門，芽單胞菌門，藍(lán)細(xì)菌，疣微菌門，螺旋體菌門等。根際優(yōu)勢菌門包括變形菌門，放線菌門，酸桿菌門，擬桿菌門，綠彎菌門，厚壁菌門，芽單胞菌門等。不同物種的根際優(yōu)勢菌群略有差異，如棉花根際細(xì)菌的優(yōu)勢菌門包括變形菌門、酸桿菌門、厚壁菌門、藍(lán)細(xì)菌門、放線菌門、浮霉菌門、擬桿菌門和疣微菌門等[39]。人參根際土壤中相對富集芽孢桿菌、酸桿菌，非根際土壤獨有且相對富集變形菌[40]。福州菌草根際土壤的優(yōu)勢細(xì)菌門為酸桿菌門、變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、綠彎菌門、芽單胞菌門、硝化螺旋門、疣微菌門、浮霉菌門等[41]。

LEfSe分析表明，粘土根袋內(nèi)相對富集的細(xì)菌鞘脂桿菌目、根瘤菌目、黃色單胞菌目、疣微菌門及其相關(guān)的門、綱、屬、種等，砂質(zhì)壤土根袋內(nèi)富集的有鞘脂桿菌目和芽單胞菌科下的屬和種，可以作為區(qū)別根際與非根際土的Biomarker。鞘脂桿菌目是木薯品種SC205在不同土質(zhì)下共同富集的根際細(xì)菌。本研究中，鞘脂桿菌目有3個科：噬幾丁質(zhì)菌科（Chitinophagaceae），鞘脂桿菌科（Sphingobacteriaceae）和env.OPS_17科，本研究中這3個科分別具有10、3、0個可準(zhǔn)確注釋的屬。其中鞘脂桿菌科下的3個屬分別為Mucilaginibacter、Pedobacter、鞘氨醇桿菌屬（Sphingobacterium）。鞘氨醇桿菌有著特殊的代謝調(diào)控機(jī)制來適應(yīng)營養(yǎng)物質(zhì)貧乏的環(huán)境，通過調(diào)整自身的生長來抵抗許多不利的環(huán)境變化;鞘氨醇桿菌能夠利用的底物寬泛，從石油、氯乙烷等高聚物到簡單無機(jī)物都能利用，這都是它們能在貧營養(yǎng)的自養(yǎng)環(huán)境中生長和繁殖的原因[42]。鞘氨醇桿菌在根際內(nèi)活躍很可能與根系分泌物的量有關(guān)，而木薯根際分泌物與此類細(xì)菌的富集的具體機(jī)理還需要更深入的研究。

RDA分析表明，土壤速效磷與放線菌門和綠彎菌門正相關(guān)，與變形菌門負(fù)相關(guān)。速效氮、速效鉀、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與芽單胞菌門、酸桿菌門、Parcubacteria、迷蹤菌門、裝甲菌門、TM6_De?pendentiae和綠菌門負(fù)相關(guān)，與厚壁菌門、藍(lán)藻門、梭桿菌門和擬桿菌門之間正相關(guān)。這種相關(guān)性可能與物種有關(guān)，如溫室番茄根際土壤的CCA（典范對應(yīng)分析）結(jié)果表明：pH與酸桿菌門、疣微菌門和硝化螺旋菌門正相關(guān)，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和總有機(jī)碳與這3個細(xì)菌門負(fù)相關(guān);土壤速效氮與擬桿菌門、浮霉菌門、厚壁菌門和Crenarchaeota正相關(guān)，與變形菌門、芽單胞菌門負(fù)相關(guān)[31]。高雪峰[43]發(fā)現(xiàn)，荒漠草原植物根系細(xì)菌群落中的Gp16、Rubrobacter、Bacillus、Iamia、Pseudomonas和Lactobacillus與土壤速效磷和速效氮正相關(guān)。變形菌門比例增多和酸桿菌門比例的減少可提高黃瓜根際土壤速效養(yǎng)分含量[44]。以240 kg/hm2種植密度的高粱作綠肥處理后黃瓜根際的厚壁菌門、黃色單胞菌科、紅螺菌科和降低根際土壤酸桿菌門比例而促進(jìn)堿解氮質(zhì)量比、速效磷質(zhì)量比[45]。稻田施用硅藻頁巖后，水稻根際土壤速效氮、全氮、全磷、全鉀與細(xì)菌群落組成有極顯著相關(guān)關(guān)系，根際土壤速效磷、速效氮與真菌群落組成有極顯著相關(guān)關(guān)系，土壤理化性質(zhì)的改變可能間接引起土壤細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)的變化[46]。土壤養(yǎng)分含量與微生物之間的相關(guān)水平受到多因素復(fù)雜的影響，甚至?xí)霈F(xiàn)按常規(guī)推斷無法解釋的結(jié)果[32]，需要更加深入而廣泛的研究。本研究初步認(rèn)知了木薯根際微生物群落結(jié)構(gòu)及其與養(yǎng)分的關(guān)系，為進(jìn)一步研究根系分泌物與根際土壤互作、木薯根際促生菌分離培養(yǎng)等提供了基礎(chǔ)。

本研究雖然取得了木薯根際土壤，但是因培養(yǎng)期長，達(dá)120 d，植株養(yǎng)分缺乏，植株生長矮小。后續(xù)研究應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同采樣時間設(shè)置不同的根袋形狀，如盤狀根袋，增大根袋與土壤的接觸面積，并進(jìn)一步改進(jìn)施肥措施。

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