蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌群落組成及多樣性與生態(tài)因子相關(guān)性研究

王文曉,李小偉,*黃文廣,楊君瓏

1 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 銀川 750021

2 寧夏草原工作站, 銀川 750021

荒漠的生存條件極端惡劣,卻擁有豐富的微生物資源[1]。由于荒漠生態(tài)系統(tǒng)特殊的環(huán)境,土壤微生物學(xué)特性方面的研究備受研究方法的限制[2]。有關(guān)土壤微生物群落多樣性的研究主要集中在草地[3]、森林[4]、濕地[5]等生態(tài)系統(tǒng),對(duì)荒漠生境土壤微生物群落多樣性的研究相對(duì)較少。近年來,隨著測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展,荒漠土壤微生物生態(tài)學(xué)研究逐漸開展起來,研究區(qū)域涵蓋中國西北地區(qū)[6],其中根際微生物的生物多樣性、植物-土壤-根際微生物間的互作、根際微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控等成為研究的熱點(diǎn)[7- 8]。根際土壤細(xì)菌是土壤微生物主要的組成部分,參與多種生化反應(yīng),在土壤有機(jī)物分解、腐殖質(zhì)形成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與吸收等過程中扮演著重要角色,其特性是表征土壤基質(zhì)變化的敏感指標(biāo)。因此,根際土壤細(xì)菌群落組成和變化成為土壤生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)研究方向之一[9]。

沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)隸屬豆科沙冬青屬,為亞洲中部荒漠特有種[10],為古地中海第三紀(jì)孑遺植物,是國家三級(jí)瀕危保護(hù)植物,主要分布在寧夏中北部、內(nèi)蒙古西部及甘肅中東部等荒漠地區(qū)[11],多生長在沙丘、河灘沙地、砂礫土生境,是荒漠優(yōu)勢(shì)種之一,也是西北荒漠生境中唯一常綠闊葉灌木,具有地上部冠幅大、分枝多、抗逆性強(qiáng)等生物學(xué)特性,在水土保持和防治荒漠化方面作用顯著,是西北荒漠優(yōu)良的防風(fēng)固沙樹種之一[12]。近年來,對(duì)沙冬青的研究主要集中在生理生態(tài)[13]、抗逆生理[14]、群落區(qū)系組成與結(jié)構(gòu)特征[15]、遷地保護(hù)及瀕危原因[16]等方面,但有關(guān)沙冬青根際土壤微生物群落方面的報(bào)道很少,現(xiàn)有的研究是基于傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)法和生物化學(xué)方法[17],研究的尺度僅限于一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)樣地[18]。新一代高通量測(cè)序技術(shù)被廣泛應(yīng)用于微生物群落結(jié)構(gòu)和物種組成分析,為大尺度和深層次的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析提供了保障[19]。因此,探明沙冬青根際細(xì)菌群落多樣性以及影響因素,對(duì)揭示沙冬青適應(yīng)極端干旱環(huán)境的機(jī)理,穩(wěn)定和改善荒漠生態(tài)系統(tǒng)有重要意義。本研究采用高通量測(cè)序技術(shù),擬對(duì)荒漠生境中沙冬青根際土壤細(xì)菌群落多樣性與生態(tài)因子的關(guān)系進(jìn)行分析。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域?yàn)?04°47′42.72″—107°9′2.52″E,36°16′35.76″—41°46′36.84″N,海拔范圍在1023—1883 m之間。主要包括寧夏中北部地區(qū),內(nèi)蒙古西部的戈壁荒漠及甘肅中條山附近,該區(qū)屬溫帶大陸性氣候,年平均氣溫在6.76—11.21℃之間,年均降雨量在105—389 mm之間,年均蒸發(fā)量大于2000 mm,該區(qū)土壤基質(zhì)主要為沙質(zhì)、礫質(zhì)和黏土質(zhì)土壤,此類土壤保水保肥能力弱,土壤貧瘠。本研究依據(jù)沙冬青自然分布情況選擇了26個(gè)典型群落作為樣地,基本涵蓋了沙冬青的分布范圍(圖1),沙冬青樣地的植物群落特征詳見表1。

圖1 蒙古沙冬青采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of sampling plots for A.mongolicusA1—A26：蒙古沙冬青群落樣地 Community plots for A.mongolicus

表1 蒙古沙冬青采樣點(diǎn)群落特征Table 1 Community characteristics of A.mongolicus sampling sites

2.2 研究方法

2.2.1土壤取樣

2018年8月,在沙冬青分布區(qū)內(nèi)選擇了26個(gè)具有代表性的樣地,每個(gè)樣地使用手持全球定位系統(tǒng)(Global position system,GPS)測(cè)定經(jīng)度、緯度和海拔,隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的樣方,樣方相隔200 m左右,在每個(gè)樣方中選擇三株長勢(shì)相近的沙冬青,采集其根際土壤,混合,共取得78份土壤樣品。取樣步驟：用鐵鍬去除沙冬青根部周圍枯落物和土壤,在距離地表0—30 cm的地方,待根部露出后收集附著在根表面5 mm以內(nèi)的土壤置于無菌的50 mL離心管中,將同一樣方中的3株沙冬青根際土壤混勻,編號(hào)后置于液氮罐中立即帶回實(shí)驗(yàn)室,部分用于高通量測(cè)序,部分自然風(fēng)干、過篩,用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。

2.2.2土壤理化性質(zhì)

土壤理化性質(zhì)的測(cè)定均按照《土壤農(nóng)化分析》[20]進(jìn)行測(cè)定：土壤pH的測(cè)定采用電位測(cè)定法(水土比為5∶1)；土壤全氮用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定；土壤全磷和速效磷用流速分析儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定；堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定。

2.2.3氣候數(shù)據(jù)

氣候數(shù)據(jù)來自世界氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://www.woridclim.org/),該庫提供了全球1 km×1 km分辨率近50年的月平均氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)[21]。氣候數(shù)據(jù)包括年均降雨量、年均溫、太陽輻射。

2.2.4土壤微生物總DNA的提取、PCR擴(kuò)增及測(cè)序

將采集的土壤樣品送到北京百邁客生物科技有限公司進(jìn)行Illumina MiSeq高通量測(cè)序。使用Mobio土壤強(qiáng)力提取試劑盒(PowerSoil? DNA Isolation Kit)操作步驟提取樣品細(xì)菌

16S rRNA基因。對(duì)細(xì)菌16S rRNA基因(V3+V4)區(qū)域引物[22]：5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA- 3′和5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT- 3′進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR反應(yīng)體系：基因組DNA40—60 ng/5 uL,*Vn F(10 μmol/L) 1.5 μL,*Vn R(10 μM) 1.5 μL,KOD FX Neo(TOYOBO) 1 μL,KOD FX Neo Buf(2X) 25 μL,2dNTP 10 μL,ddH2O補(bǔ)至總體系50 μL。PCR反應(yīng)條件：95℃ 5 min；95℃ 15 min,50℃ 1 min,72℃ 1 min,15個(gè)循環(huán)；72℃ 7 min。擴(kuò)增結(jié)果進(jìn)行1.8%的瓊脂糖凝膠,120 V 40 min電泳后,切目的片段,并回收。PCR擴(kuò)增后并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行純化、定量和均一化形成測(cè)序文庫,建好的文庫先進(jìn)行文庫質(zhì)檢,質(zhì)檢合格的文庫用Illumina HiSeq 2500進(jìn)行雙向測(cè)序。對(duì)原始數(shù)據(jù)使用FLASH軟件進(jìn)行拼接,將拼接得到的序列使用Trimmomatic軟件進(jìn)行質(zhì)量過濾,并使用UCHIME軟件去除嵌合體,得到高質(zhì)量的Tags序列(有效序列數(shù))[23]；在相似性97%的水平上使用USEARCH軟件對(duì)序列進(jìn)行聚類,以測(cè)序所有序列數(shù)的0.005%作為閾值過濾操作分類單元(Operational Taxonomic Units,OTUs),對(duì)OTUs代表序列進(jìn)行物種注釋,細(xì)菌OTUs的序列用RDP Classifier的方法與Silva的數(shù)據(jù)庫(http://www.arb-silva.de)進(jìn)行物種注釋分析(設(shè)定置信度閾值為0.8)[24],最后對(duì)各樣品的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行均一化處理。

2.2.5數(shù)據(jù)處理

使用SPSS18.0軟件對(duì)均值、標(biāo)準(zhǔn)誤進(jìn)行計(jì)算,采用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析。采用CANOCO 5.0進(jìn)行蒙特卡羅檢驗(yàn)和冗余分析(Redundancy analysis,RDA)分析了生態(tài)因子對(duì)細(xì)菌多樣性的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌群落組成分析

通過對(duì)沙冬青26個(gè)樣地78個(gè)樣本高通量測(cè)序共檢測(cè)到細(xì)菌15門、43綱、68目、123科和185屬。圖2和圖3分別展示了沙冬青各樣地門(Phylum)和綱(Class)分類水平的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。從圖2可知,沙冬青根際土壤中檢測(cè)到的主要門有：藍(lán)菌門(Cyanobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、軟壁菌門(Tenericutes)、變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、螺旋體菌門(Saccharibacteria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)和放線菌門(Actinobacteria)。藍(lán)菌門、變形桿菌門、放線菌門(相對(duì)豐度>2%)是土壤中占主導(dǎo)地位的微生物,約占到了所有微生物總數(shù)的70%—80%以上。藍(lán)菌門的變化范圍為28.90%—74.62%,均值為65.74%；變形桿菌門的變化范圍為28.90%—40.26%,均值為21.72%；放線菌門的變化范圍為2.38%—14.95%,均值為6.28%。各優(yōu)勢(shì)菌門在不同樣地的分布均有明顯差異,大多數(shù)物種已分類明確,樣地中僅有少量未分類命名物種。

圖2 蒙古沙冬青土壤樣品主要細(xì)菌種類在門水平上的相對(duì)豐度Fig.2 Relative abundance of major bacterial species in the soil samples of A. mongolicus

通過綱分類層次(圖3) 的統(tǒng)計(jì)表明：樣品中優(yōu)勢(shì)菌綱(相對(duì)豐度>2%)主要有α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、放線菌綱(Actinobacteria)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)。Α-變形菌綱的變化范圍為10.96%—28.36%,均值為17.48%；放線菌綱的變化范圍為1.65%—10.21%,均值為4.76%；γ-變形菌綱的變化范圍為0.70%—7.18%,均值為3.28%。樣品中分類層次不明確和未分類命名的物種較少,說明大多數(shù)已分類明確。在菌綱水平上,已分類清晰和準(zhǔn)確命名的細(xì)菌群落在不同樣地的分布差異不明顯。

圖3 蒙古沙冬青土壤樣品主要細(xì)菌種類在綱水平上的相對(duì)豐度Fig.3 Relative abundance of major bacterial species in the soil samples of A. mongolicus

3.2 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性分析

對(duì)78個(gè)樣品在97%的相似水平下進(jìn)行高通量測(cè)序,共得到有效序列條數(shù)為5539824,對(duì)有效序列條數(shù)進(jìn)行聚類共獲得OTU樣品數(shù)為30671,各樣本OTU覆蓋率(Coverage)均高于99.89%,該指數(shù)反映本次測(cè)序結(jié)果代表了樣本中微生物的真實(shí)情況(表2)。從稀釋曲線的結(jié)果(圖4)可以看出,細(xì)菌的稀釋曲線隨著測(cè)序條數(shù)的加大均基本趨于平緩,則表明樣品序列充分,能夠代表物種的多樣性,可以進(jìn)行多樣性數(shù)據(jù)分析。

圖4 蒙古沙冬青根際土壤樣本細(xì)菌多樣性稀釋曲線Fig.4 Rarefaction curve of bacterial diversity in rhizosphere soil of A. mongolicus

表2所示為蒙古沙冬青根際細(xì)菌多樣性指數(shù)。Alpha多樣性反映的是單個(gè)樣品物種多樣性,有多種衡量指標(biāo)：Chao1指數(shù)、Ace指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)。Chao1指數(shù)和Ace指數(shù)衡量土壤真菌群落物種數(shù)量的多少,指數(shù)越高說明樣品細(xì)菌物種數(shù)量就越高,Shannon和Simpson指數(shù)反映土壤細(xì)菌群落物種多樣性,Shannon指數(shù)值越大,Simpson指數(shù)值越小,說明樣品的物種多樣性越高。由表2可知,15個(gè)采樣點(diǎn)的土壤樣品Ace和Chao1 指數(shù)的變化范圍分別為311.92—511.55、333.87—513.31；Shannon多樣性指數(shù)變化范圍在1.53—4.31之間,其數(shù)值相對(duì)較低,說明26個(gè)采樣點(diǎn)的細(xì)菌多樣性相對(duì)較低。

表2 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性一覽表Table 2 The index of bacterial diversity in rhizosphere soil of A. mongolicus

3.3 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌在門水平上與生態(tài)因子相關(guān)性分析

土壤細(xì)菌在門平上與水熱及土壤理化因子Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)(表3),大多數(shù)細(xì)菌在門水平上的豐度與緯度、海拔、年均降雨量、太陽輻射有顯著相關(guān)性,如藍(lán)細(xì)菌門與緯度極顯著正相關(guān),與年均降雨量極顯著負(fù)相關(guān),與太陽輻射顯著正相關(guān)；變形桿菌門與緯度和年均降雨量顯著負(fù)相關(guān)；放線菌門與海拔顯著正相關(guān)；酸桿菌門與海拔顯著正相關(guān),與年均降雨量極顯著正相關(guān),與太陽輻射極顯著負(fù)相關(guān)；擬桿菌門與緯度顯著負(fù)相關(guān),與年均降雨量極顯著正相關(guān)；螺旋體菌門與緯度極顯著負(fù)相關(guān),與年均降雨量極顯著正相關(guān),與太陽輻射顯著負(fù)相關(guān)；綠彎菌門與海拔極顯著正相關(guān),與年均降雨量顯著正相關(guān)；疣微菌門與年均降雨量顯著正相關(guān)。其中部分菌門與土壤理化性質(zhì)有顯著相關(guān)性。如放線菌門與降解氮顯著正相關(guān)；擬桿菌門與含水率顯著相關(guān)；厚壁菌門與全氮極顯著正相關(guān)；綠彎菌門與降解氮顯著正相關(guān)。

表3 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌在門水平上與環(huán)境因子Pearson相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of rhizosphere soil bacteria in A. mongolicus at the phylum level and environmental factors Pearson

3.4 生態(tài)因子對(duì)沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響

通過蒙特卡羅檢驗(yàn)對(duì)沙冬青細(xì)菌多樣性指數(shù)與環(huán)境因子進(jìn)行分析,結(jié)果顯示沙冬青根際細(xì)菌多樣性指數(shù)與年均降雨量(F=12.8,P=0.002)、緯度(F=5.1,P=0.016)、太陽輻射(F=5,P=0.02)呈顯著相關(guān)性,為主要的環(huán)境影響因子。而海拔(F=2.9,P=0.066)、堿解氮(F=2.7,P=0.066)、全氮(F=2.4,P=0.1)、年均溫(F=0.7,P=0.432)、有機(jī)碳(F=0.4,P=0.614)、pH(F=0.3,P=0.646)、速磷(F=0.3,P=0.714)、全磷(F=0.3,P=0.672)、經(jīng)度(F=0.1,P=0.982)對(duì)沙冬青根際細(xì)菌多樣性的影響不顯著。

沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)與主要生態(tài)因子RDA排序表明(表4和圖5)：第一至第四主軸累計(jì)解釋了沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)52.69%的方差,其中第一主軸和第二主軸解釋了沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)45.41%和7.16%的方差。因此,沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)在排序軸上的分布能夠反映了細(xì)菌空間分布特征隨生態(tài)因子的變化趨勢(shì)。

表4 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)與生態(tài)因子RDA排序Table 4 Bacterial diversity index and ecological factors RDA ranking in rhizosphere soil of A. mongolicus

RDA排序圖反映了沙冬青根際細(xì)菌群落組成及多樣性與生態(tài)因子之間的關(guān)系(圖5)。箭頭越長表示對(duì)沙冬青根際細(xì)菌群落多樣性的解釋量越大。箭頭的之間的角度代表了變量之間的相關(guān)性。角度越小,相關(guān)性越大,反之則越小。其結(jié)果與相關(guān)性分析一致。

圖5 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性與生態(tài)因子的RDA排序圖Fig.5 RDA ranking of bacterial diversity and ecological factors in rhizosphere soil of A. mongolicusLON：緯度Latitude；LAT：經(jīng)度Longitude；ALT：海拔Altitude；TP：全磷Total phosphorus；TN：全氮Total nitrogen；SOC：土壤有機(jī)質(zhì)Soil organic matter；AP：速效磷Available phosphorus；AN：堿解氮Alkali-hydrolyzable nitrogen；pH：土壤pH值Soil pH；MAP：年均降雨量Average annual rainfall；MAT：年均溫Annual average temperature；SRAD：太陽輻射Sun radiation

RDA分析表明,沙冬青根際細(xì)菌群落多樣性與年均溫、海拔、堿解氮存在正相關(guān)關(guān)系,與太陽輻射、緯度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,年均溫、太陽輻射和緯度對(duì)沙冬青根際細(xì)菌群落多樣性的影響較大。緯度和太陽輻射是影響藍(lán)細(xì)菌門分布的主要因子；堿解氮是影響放線菌門分布的主要因子,年均溫是影響酸桿菌門、擬桿菌門、螺旋體菌門、綠彎菌門、疣微菌門分布的主要因子,全氮是影響厚壁菌門分布的主要因子。生態(tài)因子的相關(guān)性,如有機(jī)質(zhì)與堿解氮和全氮正相關(guān),能夠反映出不同樣地土壤中的碳氮耦合對(duì)細(xì)菌多樣性的影響。

4 討論

4.1 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌群落組成

大多數(shù)根際細(xì)菌對(duì)植物的生長是有利的,可以給植物提供營養(yǎng),增強(qiáng)植物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收,還可以保護(hù)植物免受病原菌的侵害[25- 26]。隨著高通量測(cè)序技術(shù)在荒漠生態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)荒漠植物土壤細(xì)菌

群落結(jié)構(gòu)的分布特點(diǎn)已有了基本的認(rèn)識(shí)：荒漠植物根系土壤中主要的細(xì)菌群落組成基本相似,主要以變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、酸桿菌門等為優(yōu)勢(shì)菌類[27- 29],這與本研究結(jié)果基本一致。沙冬青主要優(yōu)勢(shì)菌類為藍(lán)細(xì)菌門、變形桿菌門、放線菌門,相對(duì)豐度和占總豐度的93.73%。藍(lán)細(xì)菌門相對(duì)豐度與年均降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),有研究表明,藍(lán)細(xì)菌是一種古老的自養(yǎng)型細(xì)菌,分布很廣泛,種類繁多,有些種類在暗環(huán)境下也能生長,有些種類卻可以利用光能固定碳,氮能力,營養(yǎng)要求極低,而且表現(xiàn)出一定的抗旱抗鹽特性[32],對(duì)極端環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)[30-31]。在荒漠貧瘠的土壤中,藍(lán)細(xì)菌門作為沙冬青根際土壤細(xì)菌的第一大類群,能夠?yàn)樯扯喔患L必需元素提供更適宜生長的微環(huán)境,促進(jìn)沙冬青的生長。變形菌門是一大類細(xì)菌群落,能夠降解許多復(fù)雜的纖維素[33]與木質(zhì)素[34],在很多細(xì)菌群落研究中都具有最高的相對(duì)豐度[35,30]。本研究中變形菌門相對(duì)豐度與年均降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),有研究發(fā)現(xiàn)放線菌門在土壤含水量較低的土壤中相對(duì)含量高[29],與本研究結(jié)果一致。在變形菌門中,α-變形菌和γ-變形菌是最重要的亞門,相對(duì)豐度范圍分別為10.96%—28.36%、1.32%—7.18%。李新等[36]研究發(fā)現(xiàn)變形菌門是鹽堿土壤的主要類群。本研究中,變形菌門是主要的次優(yōu)勢(shì)菌門,而該地區(qū)土壤呈弱堿性與李新等研究結(jié)果一致。放線菌門喜歡微堿性土壤,是干旱半干旱土壤中分布比較廣泛的細(xì)菌類群,其相對(duì)豐度為6.28%。放線菌分枝狀的菌絲體能夠產(chǎn)生各種胞外水解酶,降解土壤中各種不溶性有機(jī)物質(zhì)以供細(xì)胞代謝所需的各種營養(yǎng),在自然界物質(zhì)循環(huán)、土壤改良等方面都具有重要作用[17]。放線菌門是好氣性微生物,土樣含氧量較高的環(huán)境更適合放線菌門的生長[37]。其他菌門雖然在沙冬青根際土壤中都有分布,但相對(duì)豐度都比較低。許多研究發(fā)現(xiàn)pH是影響微生物群落的主要影響因素[38],這與本研究的結(jié)果不一致,可能是沙冬青分布區(qū)的pH變化范圍比較小,所以對(duì)微生物群落的影響比較小。

4.2 蒙古沙冬青根際土壤細(xì)菌群落多樣性與生態(tài)因子關(guān)系

在野外調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),蒙古沙冬青多生長在沙丘、河灘沙地、砂礫土上,蒙古沙冬青分布地區(qū)根系表層累積了大量的凋落物,土壤微生物通過分解植物根系分泌物及凋落物對(duì)土壤理化性質(zhì)與其自身多樣性產(chǎn)生影響[39]。

一般認(rèn)為,荒漠地區(qū)土壤微生物群落的組成和功能直接取決于生態(tài)因子[6],例如水分、土壤養(yǎng)分、太陽輻射、植被類型等。沙冬青群落生長于沙地生境,在長期干旱、風(fēng)蝕條件下,不利于碳和氮積累,導(dǎo)致表層土壤養(yǎng)分貧瘠化,灌木的“肥島”效應(yīng)不明顯,為其他荒漠植物種的入侵設(shè)置了障礙,沙冬青成了該生長區(qū)的灌木優(yōu)勢(shì)種[40]。pH、有機(jī)質(zhì)含量、全氮、堿解氮、全磷、速磷[41]等土壤理化因子和經(jīng)緯度、海拔、年均溫、年均降雨量、太陽輻射等生態(tài)因子可能都影響沙冬青根際土壤細(xì)菌的空間分布格局。RDA分析表明：土壤理化因子和pH等對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響并不顯著,而緯度、年均降雨量、輻射對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性有顯著性影響,這與賀學(xué)禮[18]有關(guān)沙冬青根際土壤微生物分布和土壤因子之間有顯著相關(guān)性的結(jié)果有所不同。究其原因可能是選擇的沙冬青都是野生的,不是人工種植的,人為的擾動(dòng)很少,沒有土壤營養(yǎng)元素的人為輸入；另外,采樣地緯度和海拔差異較大,具有明顯的尺度效應(yīng),這些因素的共同作用,導(dǎo)致土壤營養(yǎng)元素對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響不如氣候因子影響顯著。許多研究表明,水分對(duì)荒漠植物根際微生物多樣性和生長影響較大。本研究中,年均降雨量即水分是影響沙冬青根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的最重要因子,這與前人研究的結(jié)果一致[42- 43]。沙冬青根際土壤細(xì)菌多樣性與太陽輻射呈負(fù)相關(guān),是因?yàn)榛哪持兄参锵∈?地表裸露較多,太陽輻射量對(duì)光合微生物來說已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其光合有效輻射[44],高強(qiáng)度太陽輻射降低了土壤微生物的存活率和多樣性。

高通量測(cè)序技術(shù)作為二代測(cè)序方法,被大多數(shù)學(xué)者用來研究土壤微生物的生物地理學(xué)分布[38,45],探究土壤微生物是否像動(dòng)物、植物那樣隨著緯度的差異而變化。Liu對(duì)東北黑土細(xì)菌群落的研究認(rèn)為緯度是影響土壤微生物分布的重要因素[46],Zhang等對(duì)不同植被類型下北麓河多年凍土微生物的研究認(rèn)為緯度不是影響土壤微生物的主要因素[47]。本研究中研究區(qū)域南北跨度比較大,緯度變化明顯,因此緯度變化是影響沙冬青根際土壤細(xì)菌分布的主要因素。本研究探明了沙冬青土壤細(xì)菌的地理分布,為評(píng)估沙冬青在荒漠生態(tài)系統(tǒng)維持中的作用提供理論依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)在97%的相似度水平下將有效序列進(jìn)行聚類,獲得的OTU進(jìn)行分類學(xué)物種注釋,26個(gè)樣品獲得細(xì)菌30671個(gè)OTU,蒙古沙冬青檢測(cè)到細(xì)菌15門,43綱,68目,123科,185屬。

(2)蒙古沙冬青根際土壤中的優(yōu)勢(shì)菌門為藍(lán)菌門(Cyanobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)。主要的優(yōu)勢(shì)菌綱為主要有α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、放線菌綱(Actinobacteria)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)。

(3)78個(gè)樣本測(cè)序覆蓋率均高于99%,Alpha多樣性指數(shù)的測(cè)序結(jié)果代表了沙冬青根際土壤細(xì)菌的真實(shí)情況,但細(xì)菌多樣性相對(duì)較低。

(4)RDA分析顯示：年均降雨量、緯度和太陽輻射是影響沙冬青根際細(xì)菌多樣性的主要因子。