城市五種景觀植物土壤微生物多樣性研究①

任 一，韓 暢，楊 慧，魏巖冰，曹舒陽(yáng)，錢(qián)宇杰，唐 赟

城市五種景觀植物土壤微生物多樣性研究①

任 一1,2，韓 暢2，楊 慧2，魏巖冰3，曹舒陽(yáng)3，錢(qián)宇杰3，唐 赟1*

(1 西南野生動(dòng)植物資源保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川南充 637009；2 上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司，上海 201318；3 上海市川沙中學(xué)，上海 201299)

綠地為城市提供廣泛的生態(tài)服務(wù)，綠地土壤微生物群落是其中的關(guān)鍵組成部分。為探究城市綠地土壤微生物多樣性及其影響因素，通過(guò)16S rRNA基因的高通量測(cè)序?qū)Τ鞘芯G地5種常見(jiàn)景觀植物土壤微生物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同景觀植物土壤微生物優(yōu)勢(shì)物種具有較高的一致性，以變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、綠彎菌門(mén)、粘球菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)門(mén)。但其α多樣性和β多樣性根據(jù)景觀植物不同表現(xiàn)出明顯相異性。另外，各土壤中古菌趨同性極高，幾乎都屬于氨氧化古菌。微生物相互作用關(guān)系主要受土壤含水量、鹽離子濃度和pH等因子的影響。

城市微生物組；高通量測(cè)序；城市綠地；微生物多樣性

近年來(lái)，我國(guó)人口城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷提速，城市化率從20世紀(jì)90年代的26.4% 持續(xù)上升到2019年的60.6%，預(yù)計(jì)到2035年，中國(guó)城鎮(zhèn)人口比例將達(dá)到70% 以上。隨著大量人口的涌入，打造更宜居的城市生態(tài)系統(tǒng)越來(lái)越受到政府和廣大群眾的重視。

隨著大量的研究揭示微生物群落對(duì)人類疾病發(fā)生和維持人體健康平衡有重大影響，城市環(huán)境微生物群落(urban microbiome)對(duì)城市居民身心健康福祉的重要性逐漸受到大家的重視。城市環(huán)境微生物群落泛指城市各功能區(qū)塊中的所有微生物群落，無(wú)論在這些功能區(qū)塊的土壤、空氣、水還是物體表面。大量的研究表明嬰幼兒早期接觸環(huán)境微生物的多寡與其哮喘的發(fā)生密切相關(guān)[1]；經(jīng)常進(jìn)行戶外活動(dòng)的人比呆在家里的人擁有更多的微生物多樣性，微生物多樣性對(duì)人體免疫器官的發(fā)育、腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝至關(guān)重要[2]；太多時(shí)間暴露在戶外的人群又增加了獲得感染性疾病的風(fēng)險(xiǎn)[3]；還有一些研究表明城鎮(zhèn)化水平的不同，其空氣微生物和潛在致病微生物的組成存在差異，空氣微生物組(25.6 ～ 124.4 cfu/m3)的多樣性程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤微生物[4]。土壤微生物不僅是生態(tài)系統(tǒng)的維持者，還是大氣環(huán)境微生物的主要來(lái)源之一，可通過(guò)人體的呼吸道和受損體表等暴露界面對(duì)人體健康產(chǎn)生影響，對(duì)這些生態(tài)系統(tǒng)中的土壤微生物群落的研究就顯得尤為重要和急迫[5]。城市綠地如公園、小區(qū)綠化、道路綠化帶等綠色基礎(chǔ)設(shè)施是綠色城市生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，也是城市生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的重要載體[6]。在城市綠化建設(shè)中人們通常更重視景觀植物在改善空氣質(zhì)量、降低噪音、提升環(huán)境的整體觀賞性、增強(qiáng)舒適度等方面發(fā)揮的作用[7]，對(duì)城市綠地土壤微生物群落的研究長(zhǎng)期以來(lái)一直被忽視，導(dǎo)致我們對(duì)其多樣性及其影響因素的認(rèn)識(shí)非常有限。

本文以上海市城市綠地常見(jiàn)景觀植物文旦柚((Burm.) Merr.cv.Wentan)、鳳尾竹((Lour.) Raeusch.ex Schult.'Fernleaf' R.A.Young)、櫻花((Lindl.) G.Don ex London)、垂柳(L.)和香樟((L.) Presl)等土壤為研究對(duì)象，利用土壤理化因子測(cè)定和基于Illumina MiSeq平臺(tái)的高通量16S rRNA基因測(cè)序技術(shù)，有效解決測(cè)序通量低和準(zhǔn)確率低的缺陷[8]。本文研究了上述景觀植物土壤微生物的豐度和群落結(jié)構(gòu)以及土壤的理化性質(zhì)對(duì)微生物群落的影響，以期增進(jìn)人們對(duì)于城市綠地生態(tài)系統(tǒng)植物根系環(huán)境對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能塑造的理解，為綠色城市生態(tài)建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于上海市，地處長(zhǎng)江入?？冢饔驏|緣，是我國(guó)南北海岸線中心點(diǎn)，長(zhǎng)江攜帶的大量泥沙形成了上海市江海相沉積物的成土母質(zhì)。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，日照充足，溫和濕潤(rùn)，雨量豐沛，四季分明，春秋兩季較短，冬夏兩季較長(zhǎng)，年平均氣溫20 ℃，平均降水量1 512 mm，全年約70% 的降水量集中在5—9月。

1.2 供試材料

選取上海市川沙中學(xué)校園內(nèi)不同地點(diǎn)的5種景觀植物：文旦柚((Burm.) Merr.cv.Wentan)、鳳尾竹((Lour.) Raeusch.ex Schult.'Fernleaf' R.A.Young)、櫻花((Lindl.) G.Don ex London)、垂柳(L.)、香樟((L.) Presl)，每種植物各選取3棵生長(zhǎng)狀態(tài)良好的植株，圍繞各株植物設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)去除地表雜質(zhì)，取深度15 ～ 20 cm根部附近土壤，將3個(gè)采樣點(diǎn)土壤混合均勻后，封裝于無(wú)菌聚乙烯自封袋中，置于干冰上運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室。

表 1 土壤采樣點(diǎn)信息

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析方法》[9]。土壤樣品過(guò)20目篩(孔徑0.9 mm)，去除土壤中植物殘留、碎石及其他雜物等。土壤含水量采用烘干法測(cè)定；土壤pH和電導(dǎo)率采用 pH/離子多功能測(cè)量?jī)x(SevenMulti S40, Mettler Toledo, Switzerland)測(cè)定(土水比1︰5，︰)；可溶性有機(jī)碳采用總有機(jī)碳/氮分析儀測(cè)定(非分散紅外吸收法)；采用流動(dòng)分析(CFA和FIA)和光譜檢測(cè)法測(cè)定水相中的可溶性總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，可溶性有機(jī)氮(SON)=可溶性總氮–(硝態(tài)氮+銨態(tài)氮)。土壤有效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉–鉬銻抗混合顯色–分光光度計(jì)法。

1.3.2 土壤微生物總DNA提取 采用Fast DNA Spin kit for soil試劑盒(MP Biomedicals，美國(guó))提取土壤總DNA樣品。在無(wú)菌操作環(huán)境下，取0.5 g土壤樣品，根據(jù)試劑盒操作說(shuō)明提取土壤微生物總DNA，并使用Nanodrop ND-1000 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, 美國(guó))和1% 的凝膠電泳檢測(cè)DNA濃度和質(zhì)量，將DNA于–20 ℃ 保藏。

1.3.3 PCR擴(kuò)增利用 “地球微生物組計(jì)劃”(Earth Microbiome Project)官方推薦的用于土壤微生物16S rRNA基因通用引物515F (5’-GTGYCAGCMG CCGCGGTAA)和806R (5’-GGACTACNVGGGTW TCTAAT)(https://earthmicrobiome.org/protocols-and-standards/16s/)，對(duì)土壤細(xì)菌和古菌的16S rRNA基因序列的可變區(qū)(V4)進(jìn)行擴(kuò)增。本次擴(kuò)增使用的PCR儀型為ABI GeneAmp? 9700型。擴(kuò)增體系總體積為20 μl。擴(kuò)增體系具體描述如下：2 μl 2.5 mmol/L dNTPs，0.8 μl 引物(5 μmol/L)，4 μl 5×FastPfu緩沖液，0.4 μl FastPfu 聚合酶, 10 ng DNA作為模板。PCR程序設(shè)定參數(shù)如下：95 ℃ 預(yù)變性3 min，設(shè)置27個(gè)循環(huán)，95 ℃ 變性30s，55 ℃ 退火30s, 72 ℃ 延伸30 s，72 ℃ 延伸 10 min。反應(yīng)結(jié)束后，4 ℃ 保存。

1.3.4 Illumina MiSeq測(cè)序與數(shù)據(jù)分析 PCR產(chǎn)物采用2% 瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，對(duì)目標(biāo)PCR條帶進(jìn)行切膠，然后利用AxyPrep DNA 凝膠提取試劑盒(Axygen Biosciences, Union City, CA, USA)進(jìn)行回收和純化。利用QuantiFluor?-ST (Promega, USA) 定量檢測(cè)PCR產(chǎn)物含量。本實(shí)驗(yàn)流程嚴(yán)格根據(jù)Illumina MiSeq平臺(tái) (Illumina,USA)標(biāo)準(zhǔn)流程，將目的擴(kuò)增片段構(gòu)建文庫(kù)(PE 2×300)，進(jìn)行16S rRNA基因的高通量測(cè)序。原始高通量下機(jī)數(shù)據(jù)的質(zhì)控和拼接，分別采用FLASH 1.2.700[10]和FASTP 0.19.600[11]軟件。具體設(shè)置參數(shù)如下：①窗口長(zhǎng)度為50 bp，當(dāng)窗口內(nèi)平均質(zhì)量低于20時(shí)，從窗口開(kāi)始截去后端堿基，最后去除質(zhì)控后長(zhǎng)度低于50 bp的reads；②去除含N堿基的reads；③去除引物錯(cuò)配屬大于2的reads；④將overlap≥10 bp的paired-end序列進(jìn)行拼接。OTU聚類與物種注釋方法：①使用QIIME 1.9.10[12]對(duì)拼接后的序列進(jìn)行去重復(fù)，得到unique序列；②根據(jù)97% 的相似度對(duì)unique序列進(jìn)行OTU聚類[13](UPARSE 7.0.1090[14])；③通過(guò)將OTU代表序列與SILVA 132數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)(RDP Classifier 2.11[15])，得到每個(gè)OTU的物種注釋信息；④基于注釋信息，去除樣本中的葉綠體和線粒體污染；⑤使用所有樣本中的最小序列數(shù)進(jìn)行抽平。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法具體如下：①Alpha多樣性指數(shù)間差異檢驗(yàn)使用Student’s t-test進(jìn)行差異顯著性分析；②PcoA、db-RDA和PERMANOVA采用R vegan；③使用Kruskal-Walls秩和檢驗(yàn)進(jìn)行差異微生物分析；④采用Spearman指數(shù)來(lái)衡量微生物與土壤理化指標(biāo)之間的相關(guān)性；⑤通過(guò)python包NetworkX 分析OTU互作網(wǎng)絡(luò)。本研究利用美吉生物云平臺(tái)(https://cloud.majorbio.com/)完成高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析任務(wù)。美吉生物云平臺(tái)是本研究團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的生物信息學(xué)在線分析平臺(tái)，平臺(tái)整合了微生物多樣性研究領(lǐng)域普遍認(rèn)可的mothur1.30.1[16]( http:// www.mothur.org)、R Vegan(https://cran.r-project.org/ web/packages/vegan/index.html)、Circos-0.67-7 (http:// circos.ca/)等分析軟件，目前支撐了國(guó)內(nèi)外2 000多家科研單位的生物信息學(xué)分析。

2 結(jié)果

2.1 土壤理化性質(zhì)與植物特性

5種景觀植物分布于校園不同區(qū)域，其栽種土壤類型一致，均是含砂質(zhì)壤土，校園景觀植物無(wú)施肥管理。因此除個(gè)別樣品外，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)基本一致(表2)。土壤 pH范圍8.28 ～ 8.65。土壤含水量132.3 ～ 230.6 g/kg，電導(dǎo)率(EC)范圍115.00 ～ 147.60 μS/cm。然而土壤養(yǎng)分存在較大差異，可溶性有機(jī)碳(DOC) 40.00 ～ 128.95 mg/kg，可溶性有機(jī)氮(DON)4.48 ～ 11.94 mg/kg，可溶性總氮(TDN)7.51 ～ 18.14 mg/kg，硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮0.67 ～ 4.42 mg/kg，銨態(tài)氮0.46 ～ 2.76 mg/kg，有效磷3.97 ～ 29.42 mg/kg。文旦柚好高溫不耐寒，在各種土壤中均可栽培；櫻花樹(shù)是我國(guó)華東地區(qū)常見(jiàn)的景觀植物，根系較淺，不耐水濕；鳳尾竹和櫻花樹(shù)喜弱酸性土壤；而垂柳和香樟是我國(guó)長(zhǎng)江流域廣泛種植的高大喬木，是城市中常見(jiàn)的景觀植物，兩種植物對(duì)土壤要求不高。

2.2 微生物多樣性

MiSeq高通量測(cè)序共獲得734 281 個(gè)16S rRNA基因序列，平均每個(gè)樣本48 952個(gè)序列，序列平均長(zhǎng)度320 bp。以測(cè)序數(shù)據(jù)量最少的樣本為基準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)樣品的16S rRNA基因序列進(jìn)行抽平，最小數(shù)據(jù)量為30 333 條序列，然后根據(jù)抽平后的序列進(jìn)行基于16S rRNA基因的微生物多樣性和組成分析。

表 2 土壤理化性質(zhì)

2.2.1 土壤微生物群落組成 本研究采用的高通量測(cè)序引物是“地球微生物組計(jì)劃”(Earth Microbio-me Project)官方推薦的能夠同時(shí)覆蓋細(xì)菌和古菌16S rRNA基因序列的通用引物[17]。5種景觀植物附近土壤中細(xì)菌類群一致，都包含變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、粘球菌門(mén)(Myxococcota)、芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes)、浮霉菌門(mén)(Plancto-mycetes)、Methylomirabilota、疣微菌門(mén)(Verrucomi-crobia)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、Latescibacterota、NB1-J等(圖1A)。此外，奇古菌(Thaumarchaeota)在各個(gè)土壤中也有顯著分布，占原核微生物總豐度的5.5% ～ 13.1%(圖1A)，占古菌豐度的98%。總體來(lái)看，變形菌、放線菌、酸桿菌、奇古菌和綠彎菌是各個(gè)土壤中排前5位的優(yōu)勢(shì)門(mén)，它們總相對(duì)豐度分別可占鳳尾竹、櫻花、香樟、垂柳、文旦柚土壤原核微生物的78%、76.5%、75.3%、82%、77.7%(圖1A)。韋恩圖分析也表明，5種景觀植物土壤微生物組成保守性很高，其共有核心OTU為1 651個(gè)，占比OTUs總數(shù)的83.1%，表明校園綠化帶土壤微生物主要類群有較高的同質(zhì)性(圖1B)。

圖 1 門(mén)水平微生物群落組成(A)和OTU韋恩圖(B)

微生物群落與理化因子相關(guān)性分析(圖2)顯示門(mén)水平總豐度前30的土壤微生物與土壤理化指標(biāo)之間的相關(guān)性關(guān)系，其中放線菌(Actinobacteriota)與可溶性有機(jī)氮顯著正相關(guān)(<0.05)，綠彎菌(Chloroflexi)與可溶性有機(jī)氮顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。Methylomira-bilota與鹽離子濃度和銨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)。浮霉菌(Planctomycetota)與土壤含水量顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。厚壁菌門(mén)(Firmicutes)與有效磷為極顯著正相關(guān)關(guān)系(<0.001)。

2.2.2 Alpha多樣性 Sobs和Chao指數(shù)顯示各植物土壤微生物群落的物種豐富度接近(圖3A，3B)，與OTU組成比較結(jié)果一致。在群落多樣性方面，文旦柚的Simpson指數(shù)最高，櫻花Simpson指數(shù)最低，文旦柚與鳳尾竹、櫻花、香樟的Simpson指數(shù)具有顯著性差異(圖3C)。

土壤微生物群落Alpha多樣性與土壤理化因子相關(guān)性分析(圖4)顯示，土壤中的有效磷含量與Sobs、Shannon、Ace和Chao指數(shù)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，與Simpson指數(shù)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明土壤中的微生物多樣性與磷元素正相關(guān)。土壤中的可溶性有機(jī)氮、可溶性全氮以及硝態(tài)氮與土壤微生物多樣性表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(*、**、***分別表示相關(guān)性達(dá)0.01

(圖C中 *代表顯著性差異(P<0.05))

2.2.3 Beta多樣性 Beta多樣性用于表征不同微生態(tài)環(huán)境中的物種變化更替和物種組成差異?；诳紤]物種豐度的Jaccard距離的PCoA(主坐標(biāo)分析)，前兩個(gè)主成分將不同的植物土壤樣本有效區(qū)分(圖5)，表明不同植物土壤樣本中的細(xì)菌主要類群雖然有較高同質(zhì)性，但總體微生物結(jié)構(gòu)仍存在明顯差別。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)取樣地點(diǎn)也有一定的聚集效應(yīng)，如位于河畔的3號(hào)櫻花土壤樣本和河畔的垂柳土壤樣本距離接近，在菌群組成上相似度較其他櫻花樣本高(圖5)。

PERMANOVA (permutational multivariate analysis of variance，置換多元方差分析)[18]表明不同的校園植物種類對(duì)于土壤菌群組成差異的解釋度最高，其次為采樣地點(diǎn)，再次為土壤中的含水量，其他土壤理化指標(biāo)對(duì)于不同校園植物的土壤菌群的影響不具有顯著性(表3)。

圖4 土壤微生物Alpha多樣性與環(huán)境因素相關(guān)性

2.2.4 OTU互作網(wǎng)絡(luò)及其與理化指標(biāo)相關(guān)性分析 本研究選擇相對(duì)豐度較高的前30個(gè)OTU構(gòu)建景觀植物土壤微生物的互作網(wǎng)絡(luò)(<0.05，>0.5)。網(wǎng)絡(luò)顯示土壤微生物群落中豐度最高的30個(gè)OTU主要分為4個(gè)簇(圖6)。每個(gè)簇內(nèi)部OTU豐度呈正相關(guān)，簇2、3分別與簇1、4呈負(fù)相關(guān)(圖6)。簇1與土壤水含量呈負(fù)相關(guān)，其中OTU640(MB-A2-108)、OTU978(KD4- 96)和OTU5133與水含量呈顯著負(fù)相關(guān)(圖7)；簇1與土壤氨態(tài)氮呈正相關(guān)，其核心節(jié)點(diǎn)OTU978與之顯著相關(guān)(圖7)；簇2與土壤水含量呈正相關(guān)，其中OTU2117和OTU4494與之顯著正相關(guān)(圖7)；簇2與土壤氨態(tài)氮呈負(fù)相關(guān)，其中OTU1121、OTU1309和OTU5831與土壤氨態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)；簇3與NO– 3呈正相關(guān)，與土壤DON呈顯著正相關(guān)(圖7)；簇4全部為奇古菌門(mén)氨氧化菌，與pH負(fù)相關(guān)，但并不顯著(圖7)。

圖5 OTU水平PCoA

表3 不同因素對(duì)土壤菌群的顯著性影響

3 討論

城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成單元，是城市居民休閑、放松的重要場(chǎng)所之一，在這些戶外場(chǎng)所中人們與微生物群落密切接觸和互動(dòng)，對(duì)人體健康產(chǎn)生重大影響。本研究采用高通量測(cè)序并結(jié)合土壤理化指標(biāo)測(cè)定，對(duì)上海市常見(jiàn)景觀植物的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索。

研究發(fā)現(xiàn)景觀植物根際附近土壤中微生物主要以變形菌、放線菌、酸桿菌、奇古菌、綠彎菌、芽單胞菌、浮霉菌為主要微生物，在總體原核微生物占比超過(guò)90%，與Manuel等人[19]的研究結(jié)論一致。城市景觀植物的土壤微生物群落的物種豐富度非常接近，共同具有80% 以上核心OTUs，Sobs和Chao指數(shù)顯示與其他野外生境相比[20]，景觀植物土壤微生物物種豐度偏低，這說(shuō)明城市土壤微生物多樣性存在缺失，且有同化趨勢(shì)，這與農(nóng)村與城市人群微生物多樣性的差異結(jié)果是一致的[1]。古菌多樣性的缺失最為明顯，分析顯示來(lái)自奇古菌的氨氧化古菌占土壤古菌總豐度的98% 以上，這與Dietrich等人[21-22]對(duì)其他大城市土壤微生物的研究一致。

(節(jié)點(diǎn)間紅色連線表示正相關(guān)關(guān)系，綠色連線代表負(fù)相關(guān)關(guān)系)

圖7 土壤微生物豐度(OTU水平)與環(huán)境因素相關(guān)性

本研究中，綠地景觀植物生長(zhǎng)所在的土壤類型相同，不同植物根部土壤中的微生物物種豐富度無(wú)顯著差異，但不同植物根部土壤微生物多樣性顯示出一定差異，說(shuō)明特定的群落結(jié)構(gòu)是不同植物的根與土壤環(huán)境共同作用的結(jié)果。盡管不同景觀植物土壤微生物主要類群比較一致，但其土壤微生物多樣性仍具有明顯差異，表明與自然生態(tài)系統(tǒng)一樣[23]，城市土壤微生物群落組成隨著其宿主植物的變化而變化。這可能與微生物的宿主特異性、功能互補(bǔ)、根系結(jié)構(gòu)等有關(guān)。植物根部土壤微環(huán)境的差異對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異產(chǎn)生一定影響。土壤有效磷含量對(duì)微生物與土壤微生物多樣性表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，這與Gu 等人[24]發(fā)現(xiàn)在中國(guó)黑土中的微生物多樣性與土壤中有效磷含量呈正相關(guān)關(guān)系一致，提示土壤中的有效磷可能是影響土壤微生物多樣性的重要指標(biāo)。Su等人[25]發(fā)現(xiàn)在水稻土壤中有效磷以及碳氮肥料的劑量增加，不改變微生物物種豐富性(species richness)，而均一性(evenness)有所變化，土壤中有效磷劑量對(duì)土壤中的微生物多樣性不產(chǎn)生顯著性影響，但土壤中的菌群功能表現(xiàn)出顯著性差異。

土壤微生物種群結(jié)構(gòu)一般受土壤水含量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、pH等環(huán)境因子顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)放線菌與土壤可溶性有機(jī)氮顯著正相關(guān)(<0.01，=0.62)，土壤可溶性有機(jī)氮來(lái)源于土壤微生物對(duì)于有機(jī)氮的分解礦化作用，而放線菌絕大多數(shù)為化能異養(yǎng)型細(xì)菌，可以分泌大量的胞外酶促進(jìn)有機(jī)物如含氮聚合物的分解從而形成可溶性有機(jī)氮。綠彎菌是一類光能自養(yǎng)型細(xì)菌，有機(jī)氮促進(jìn)化能異養(yǎng)型細(xì)菌的生長(zhǎng)，從而對(duì)光能自養(yǎng)型細(xì)菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，所以綠彎菌與土壤可溶性有機(jī)氮呈顯著負(fù)相關(guān)。Rokubacteria是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的在土壤中廣泛存在的一類參與硫循環(huán)、氮循環(huán)(硝酸鹽還原)的重要微生物[26]，由于硝酸鹽還原酶NarB的活性受到氨態(tài)氮的負(fù)調(diào)控[27]，所以表現(xiàn)為Rokubacteria含量與土壤氨態(tài)氮濃度呈負(fù)相關(guān)。

微生物群落互作網(wǎng)絡(luò)反映了高豐度物種在土壤中的互作關(guān)系。豐度較高的前30個(gè)物種形成4個(gè)微生物簇，其中古菌中奇古菌門(mén)中的一些氨氧化菌獨(dú)立成簇。不同簇之間物種呈負(fù)相關(guān)，簇內(nèi)部物種呈正相關(guān)，而這些成簇的微生物表現(xiàn)出與土壤水含量、pH以及含氮量的顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤水含量、pH，特別是土壤氮含量是城市土壤微生物互作網(wǎng)絡(luò)的主要影響因素。

4 結(jié)論

通過(guò)高通量測(cè)序?qū)Τ鞘芯G地5種常見(jiàn)景觀植物的土壤微生物群落分析發(fā)現(xiàn)，不同景觀植物土壤微生物優(yōu)勢(shì)物種具有較高的一致性，但微生物物種多樣性(α多樣性)和群落結(jié)構(gòu)(β多樣性)隨著植物品種的不同仍表現(xiàn)出明顯的差異。另外，在空間距離比較接近的不同景觀植物，其土壤微生物群落結(jié)構(gòu)也會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性?；プ骶W(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，土壤優(yōu)勢(shì)微生物種群聚類成4個(gè)主要簇，簇內(nèi)微生物之間以正相關(guān)為主，而簇間正負(fù)關(guān)聯(lián)性主要受土壤含水量、鹽離子濃度和pH等因子影響。此外，各土壤中古菌趨同性極高，幾乎都屬于氨氧化古菌。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與環(huán)境分析測(cè)試中心在土壤理化性質(zhì)檢測(cè)中給予的幫助！

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Study on Soil Microbial Diversity Under Five Urban Landscape Plants

REN Yi1,2, HAN Chang2, YANG Hui2, WEI Yanbing3, CAO Shuyang3, QIAN Yujie3, TANG Yun1*

(1 Key Laboratory of Southwest China Wildlife Resources Conservation (Ministry of Education), Nanchong, Sichuan 637009, China; 2 Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd., Shanghai 201318, China; 3 Shanghai Chuansha High School, Shanghai 201299, China)

Greenspaces provide extensive ecosystem services for urban,while soil microbiome are key components of Urban landscape.In this study, the high-throughput sequencing of 16S rRNA genes was used to analyze soil microbes under five landscape plants in urban green space in order to study the diversity and influencing factors of soil microbes.It was found that the dominant species of soil microbes had high consistency under different urban landscape plants, the advantaged bacteria at phylum level were Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Myxococcota, but with variety in alpha and beta diversity indexes.Moreover, taxonomic convergence was found in archaeal community, which nearly all belonged to ammonia oxidizing archaea.The interactions between different microorganisms were regulated by soil moisture, salt ion concentration as well as pH.

Urban microbiome; High-throughput sequencing; City greenspace; Microbial diversity

S154.36

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.04.011

任一, 韓暢, 楊慧, 等.城市五種景觀植物土壤微生物多樣性研究.土壤, 2021, 53(4): 746–754.

四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2020YJ0346)資助。

(tangyun_502@cwnu.edu.cn)

任一(1979—)，男，山西翼城人，博士，工程師，主要從事微生物進(jìn)化、微生物生態(tài)相關(guān)的研究工作。E-mail: yi.ren@majorbio.com