不同基質(zhì)配比下黃瓜根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析

陳宏昊 唐小付 聶圣賢 林佳佳 魏西 劉婷 任昊奎

關(guān)鍵詞：黃瓜；高通量測(cè)序；細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)；功能預(yù)測(cè)

黃瓜（Cucumber sativus L.）是我國(guó)重要的設(shè)施蔬菜[1]，作為城市居民“菜籃子”中最主要的種類之一，具有較高的食用及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值特性，市場(chǎng)需求量大，在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛栽培。為了實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)和季節(jié)性均衡供應(yīng)，生產(chǎn)上一般采用日光溫室、塑料拱棚、遮陽網(wǎng)等設(shè)施栽培，由于我國(guó)黃瓜設(shè)施栽培面積較大，復(fù)種指數(shù)高，常導(dǎo)致土壤板結(jié)，微生物群落平衡破壞[2-3]以及土傳病害的發(fā)生，對(duì)黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)造成不可避免的負(fù)面影響。相比之下，基質(zhì)栽培能夠有效預(yù)防和減少土傳病害的發(fā)生[4-5]，還能夠一定程度上改善栽培作物的根系生長(zhǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，因此是近年來新興的栽培模式。

微生物是生態(tài)系統(tǒng)中功能活躍，開發(fā)潛力最大、最寶貴、最豐富的生物資源[6]。根際微生物與植物的生長(zhǎng)密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在微生物菌落結(jié)構(gòu)、物種及多樣性方面與植物的健康生長(zhǎng)呈正向關(guān)聯(lián)關(guān)系[7-9]，尤其是一些根際細(xì)菌類群，具有較高的固氮、解磷、解鉀和產(chǎn)植物生長(zhǎng)素等[5]。大量研究表明，內(nèi)生細(xì)菌及根際細(xì)菌種群可以定殖在植物根際或其他組織內(nèi)[10]，具有抑制病原菌生長(zhǎng)，誘導(dǎo)植物增強(qiáng)抗病能力、促進(jìn)生長(zhǎng)等作用[11]。

無土基質(zhì)栽培技術(shù)的實(shí)施與開展，改變了黃瓜在土壤中栽培的固定模式，越來越多的種植戶選擇其他基質(zhì)進(jìn)行栽培[12-13]。現(xiàn)階段，基質(zhì)栽培已經(jīng)應(yīng)用于沃柑[14]、番茄[15]、辣椒[16]、萵苣[17]、蔬菜[18]、芍藥[19]等經(jīng)濟(jì)作物及植物的生產(chǎn)和種植。生產(chǎn)中，常用的商品基質(zhì)主要成分草炭為不可再生資源，受環(huán)境和濕地保護(hù)的制約，其采挖已經(jīng)受到限制[20]。目前，常見的復(fù)配基質(zhì)材料有菇渣、椰糠、鋸末、花生殼等，這些材料價(jià)格低廉，簡(jiǎn)單易得，可以通過改變材料種類和配比以獲得不同作物的最佳配方。周方園等[5]研究發(fā)現(xiàn)，用基質(zhì)栽培黃瓜可篩選出對(duì)黃瓜幼苗有顯著促進(jìn)作用的有益微生物，而胡云等[21]證明，基質(zhì)與生物炭可提升黃瓜根際速效磷、速效鉀、堿解氮等的質(zhì)量比，從而提高黃瓜產(chǎn)量。

雖然前人對(duì)基質(zhì)栽培黃瓜根際微生物多樣性做了相關(guān)研究，但目前關(guān)于菇渣、鋸末按不同比例復(fù)配對(duì)黃瓜根際菌落環(huán)境的影響方面研究鮮見報(bào)道。為此，本研究采用第三代測(cè)序技術(shù)比較分析了菇渣、鋸末不同比例的復(fù)配基質(zhì)對(duì)黃瓜植株根際細(xì)菌群落的影響，為菇渣、鋸末復(fù)配的新型基質(zhì)栽培模式應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院蔬菜試驗(yàn)基地（22°51.2′N，108°18′E）。

1.1.2 試驗(yàn)材料 供試黃瓜品種為津優(yōu)186 號(hào)，購(gòu)買自天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司。

供試基質(zhì)：菇渣（鳳尾菇菇渣），購(gòu)買自南寧市五塘食用菌生產(chǎn)有限公司；鋸末（杉木鋸末），購(gòu)買自南寧市五塘木材加工有限公司；商品基質(zhì)（泥炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶1∶1）購(gòu)買自長(zhǎng)春益農(nóng)賽世泥炭開發(fā)有限公司。

試劑盒：DNA 抽提試劑盒E.Z.N.A.? SoilDNA Kit 購(gòu)買自美國(guó)Omega Bio-Tek 公司，建庫(kù)試劑盒NEXTFLEX? Rapid DNA-Seq Kit 購(gòu)買自美國(guó)Bioo Scientific 公司，測(cè)序試劑盒MiSeqReagent Kit v3 購(gòu)買自美國(guó)Illumina 公司。

1.2 方法

1.2.1 黃瓜種植與產(chǎn)量測(cè)定 試驗(yàn)于2021 年7月至2022 年2 月在實(shí)驗(yàn)室和蔬菜基地進(jìn)行。采用底袋直徑和袋高均為40 cm 的無紡布袋進(jìn)行基質(zhì)袋裝栽培。試驗(yàn)基質(zhì)均用50%的多菌靈1000 倍液噴施消毒，然后覆蓋塑料薄膜，在陽光下暴曬7 d。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)4 種不同的栽培模式，每種栽培模式為一個(gè)試驗(yàn)處理，共4 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3 個(gè)重復(fù)，共12 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。各處理分別為：（1）CK 處理，商品基質(zhì)對(duì)照；（2）T1 處理，復(fù)配基質(zhì)（菇渣∶鋸末=1∶3）；（3）T2 處理，復(fù)配基質(zhì)（菇渣∶鋸末=1∶1）；（4）T3 處理，復(fù)配基質(zhì)（菇渣∶鋸末=3∶1）。上述除栽培基質(zhì)配比不同外，其他田間管理均相同。每個(gè)處理栽植黃瓜30 株，株距60 cm，行距80 cm。于9 月下旬進(jìn)行穴盤育苗播種，10 月中旬定植，其他管理同日常，整個(gè)栽植過程中黃瓜植株未出現(xiàn)病蟲害，12 月下旬在黃瓜進(jìn)入收獲期，按照小區(qū)對(duì)各處理的黃瓜依次分批采收，用常規(guī)稱重法對(duì)黃瓜進(jìn)行稱重測(cè)產(chǎn)并記錄。

1.2.2 樣品采集 在黃瓜進(jìn)入盛果期，每個(gè)處理選擇10 株生長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，采用“斗根法”[22]采集樣品。取樣時(shí)，先用75%酒精對(duì)手套和鐵鏟消毒，然后挖取植株根部，抖落根系外部基質(zhì)，收集附著在植株根部的基質(zhì)，裝入無菌袋封裝，放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.2.3 樣品總DNA 提取、PCR 擴(kuò)增及高通量測(cè)序 使用E.Z.N.A.? Soil DNA Kit 試劑盒提取總DNA，使用NanoDrop 2000 超微量分光光度計(jì)（thermo fisher scientific， 美國(guó)）測(cè)定DNA 濃度和純度，使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)總DNA 提取質(zhì)量。PCR 擴(kuò)增引物為799F（5-AACMGGATTAGATAC CCKG-3））和1193R（5-ACGTCATCCCCACCTTCC-3）），對(duì)樣本細(xì)菌擴(kuò)增V5-V7 可變區(qū)域進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，其擴(kuò)增參數(shù)為：95 ℃預(yù)變性3 min；95 ℃變性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，循環(huán)27 次；72 ℃延伸10 min，10 ℃保存直至反應(yīng)結(jié)束。PCR 擴(kuò)增體系為：0.4 μLTaKaRa Taq（5 U/μL），4.0 μL 5×FastPfu Buffer，2.0 μL dNTPs（各2.5 mmol/L），0.8 μL（5 μmol/L）引物，0.2 μL 的BSA，1 μL DNA 模板（10 ng/μL），加入ddH2O 補(bǔ)足20 μL。對(duì)PCR 產(chǎn)物進(jìn)行鑒定：即每個(gè)樣本3 個(gè)PCR 重復(fù)，將3 個(gè)重復(fù)的PCR產(chǎn)物混合；使用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)產(chǎn)物條帶大小。Illumina Miseq 測(cè)序：使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR 產(chǎn)物，依次對(duì)回收產(chǎn)物進(jìn)行純化，再用2%瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè)，并使用QuantusTMFluorometer（Promega， USA）對(duì)回收產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)定量。使用NEXTFLEX? Rapid DNA-Seq Kit進(jìn)行建庫(kù)，使用MiSeq PE300 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019 和SPSS 25.0 軟件進(jìn)行分析和處理， 用鄧肯法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P<0.05），平均數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（SD）”表示。利用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司I-Sanger 云數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理，獲得樣本稀釋曲線圖、OUT 聚類分析表格、Alpha 數(shù)據(jù)表格、細(xì)菌群落占比圖、Venn 圖及PICRUSt 功能預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)配比對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

由表1 可知，菇渣、鋸末按不同比例復(fù)配組成的復(fù)配基質(zhì)（T1、T2、T3 處理）栽培黃瓜產(chǎn)量均顯著高于商品基質(zhì)（CK）栽培，其中T2 處理黃瓜產(chǎn)量最高，達(dá)48 572.40 kg/hm2；CK 處理產(chǎn)量最低，為39 762.70 kg/hm2。產(chǎn)量表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK 處理，說明較CK 處理栽培相比，通過菇渣、鋸末復(fù)配組成的基質(zhì)栽培黃瓜可顯著提高黃瓜產(chǎn)量，其中T2 處理產(chǎn)量最高。

2.2 不同基質(zhì)配比下黃瓜植株根際細(xì)菌OUT聚類分析

由圖1 可知，稀釋曲線隨著樣本測(cè)序數(shù)量的增大，逐漸變得平緩，當(dāng)樣本測(cè)序數(shù)量達(dá)到20000時(shí)，曲線不再增長(zhǎng)，表明測(cè)序結(jié)果可以真實(shí)反映黃瓜根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。

由表2 可知，不同栽培基質(zhì)條件下黃瓜根際細(xì)菌菌落的組成存在較大差異，與CK 相比，T1、T2 和T3 處理均不同程度地提高了黃瓜根際細(xì)菌種群的多樣性。

2.3 不同基質(zhì)配比下黃瓜植株根際細(xì)菌Alpha多樣性分析

在生物信息云平臺(tái)進(jìn)一步分析不同基質(zhì)配比下黃瓜根際細(xì)菌的多樣性指數(shù)和豐富度。由表3可知，各樣本分析測(cè)序覆蓋率均在99%以上，表明結(jié)果可以代表根際微生物種群的真實(shí)情況。T1、T2 和T3 處理的根際細(xì)菌Shannon 指數(shù)、ACE 指數(shù)和Chao 指數(shù)均顯著高于CK 處理，說明T1、T2 和T3 處理栽培條件下，黃瓜植株根際微生物多樣性和豐富度高于CK，且Simpson 指數(shù)均顯著低于CK，表明商品基質(zhì)栽培條件下黃瓜植株根際微生物多樣性較低。

香農(nóng)指數(shù)Shannon 和辛普森指數(shù)Simpson 是微生物多樣性指標(biāo)。香農(nóng)指數(shù)其值越大，物種多樣性越大，辛普森指數(shù)其值越大，物種越集中，多樣性越低；Chao[23]指數(shù)和ACE[24]指數(shù)是微生物物種豐富度指標(biāo)，其值越大，物種越豐富[25]。

2.4 群落組成分析

2.4.1 不同處理黃瓜植株根際細(xì)菌優(yōu)勢(shì)群落門分類水平 由圖2 可知，門分類水平，不同基質(zhì)配比下黃瓜植株根際細(xì)菌中，相對(duì)豐度占比大于1%的為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門，變形菌門（Proteobacteria）是4種栽培模式下共有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門類，其相對(duì)豐度在各處理中占比介于72.45%～96.35%之間。

在CK 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門的相對(duì)豐度占比大小依次為變形菌門（Proteobacteria，96.35%）、放線菌門（Actinobacteriota，1.43%），其他門類相對(duì)豐度總占比為1.49%。

在T1 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門的相對(duì)豐度占比大小依次為變形菌門（Proteobacteria，72.45%）、擬桿菌門（Bacteroidota，25.14%），其他門類相對(duì)豐度總占比為1.48%。

在T2 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門的相對(duì)豐度占比大小依次為變形菌門（Proteobacteria，80.78%）、擬桿菌門（Bacteroidota，16.51%），其他門類相對(duì)豐度總占比為1.73%。

在T3 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門的相對(duì)豐度占比大小依次為變形菌門（Proteobacteria，84.04%）、擬桿菌門（Bacteroidota，12.49%）、放線菌門（Actinobacteriota，1.25%），其他門類相對(duì)豐度總占比為2.22%。

與CK 相比，雖然不同的基質(zhì)配比栽培條件下均不同程度地降低了變形菌門（Proteobacteria）細(xì)菌豐度占比，但亦不同程度地增加了擬桿菌門（ Bacteroidota ） 細(xì)菌豐度占比， 且擬桿菌門（Bacteroidota）是有機(jī)基質(zhì)栽培特有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門類。

2.4.2 不同處理黃瓜株根際細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌落屬分類水平 如圖3 所示，屬分類水平，不同基質(zhì)配比下黃瓜植株根際細(xì)菌中，相對(duì)豐度占比大于1%的為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬。其中在CK、T1、T2、T3 處理中，優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬分類水平數(shù)量分別為12、15、15和14 個(gè)。

在CK 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬的相對(duì)豐度占比大小順序依次為羅丹諾桿菌屬（ Rhodanobacter ， 46.40% ）、不粘柄菌屬（Asticcacaulis，14.77%）、包特菌屬（Bordetella，12.02% ）、伯克霍爾德氏菌屬（ Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia，2.60%）、卡斯特蘭尼氏菌屬（Castellaniella，2.17%）、利姆諾桿菌屬（ Limnobacter ， 1.87% ）、（ unclassified_c__Gammaproteobacteria，1.78%）、Noviherbaspirillu（1.63%）、申氏桿菌屬（Shinella，1.62%）、德沃斯氏菌屬（ Devosia ， 1.27% ）、朱氏桿菌屬（Chujaibacter，1.16%）、（unclassified_f__Comamonadaceae，1.05%），其他相對(duì)豐度總占比為8.47%。

在T1 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬的相對(duì)豐度占比大小順序依次為黃桿菌屬（Flavobacterium，24.90%）、不粘柄菌屬（Asticcacaulis，9.69% ）、噬酸菌屬（ Acidovorax ， 8.74% ）、（unclassified_f__Comamonadaceae，6.68%）、伯克霍爾德氏菌屬（ Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia ， 4.63% ）、羅丹諾桿菌屬（Rhodanobacter，4.54%）、包特菌屬（Bordetella，4.22%）、新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium，4.17%）、異樣根瘤菌屬（ Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium，3.95%）、申氏桿菌屬（ Shinella ， 3.67% ）、慢生根瘤菌屬（ Bradyrhizobium， 2.52%）、草螺菌屬（Herbaspirillum，2.23%）、德沃斯氏菌屬（Devosia，2.05% ）、（ Dokdonella ， 1.47% ）、短波單胞菌（Brevundimonas，1.07%），其他相對(duì)豐度總占比為12.89%。

在T2 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬的豐度占比大小順序依次為黃桿菌屬（Flavobacterium，15.89%）、不粘柄菌屬（Asticcacaulis，14.74%）、伯克霍爾德氏菌屬（Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia，8.56%）、申氏桿菌屬（Shinella，8.15%）、新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium，7.24%）、羅丹諾桿菌屬（Rhodanobacter，6.5%）、噬酸菌屬（Acidovorax，4.54%）、異樣根瘤菌屬（ Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium，3.65%）、（unclassified_f__Comamonadaceae，3.20%）、包特菌屬（Bordetella，2.65%）、熱單胞菌屬（ Thermomonas， 2.48%）、鞘氨醇盒菌屬（Sphingopyxis，2.34%）、草螺菌屬（Herbaspirillum，1.73%）、德沃斯氏菌屬（Devosia，1.71%）、卡斯特蘭尼氏菌屬（Castellaniella，1.02%），其他相對(duì)豐度總占比為13.24%。

在T3 處理中，黃瓜植株根系優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬的豐度占比大小順序依次為羅丹諾桿菌屬（Rhodanobacter，16.49%）、不粘柄菌屬（Asticcacaulis，15.79%）、申氏桿菌屬（Shinella，15.40%）、黃桿菌屬（Flavobacterium，12.23%）、伯克霍爾德氏菌屬（Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia，4.21%）、新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium，3.89% ）、異樣根瘤菌屬（ Allorhizobium-NeorhizobiumPararhizobium-Rhizobium，3.37%）、噬酸菌屬（Acidovorax ， 2.28%）、德沃斯氏菌屬（Devosia，2.11%）、草螺菌屬（Herbaspirillum，1.97%）、熱單胞菌屬（Thermomonas，1.97%）、（unclassified_f__ Comamonadaceae，1.89%）、鞘氨醇盒菌屬（Sphingopyxis，1.71%）、（Noviherbaspirillum，1.07%）， 其他相對(duì)豐度總占比為12.14%。

其中，unclassified_c__Gammaproteobacteria、利姆諾桿菌屬（ Limnobacter ） 和朱氏桿菌屬（Chujaibacter）是CK 處理?xiàng)l件下，黃瓜植株根系特有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬；與CK 處理相比，黃桿菌屬（ Flavobacterium ）、新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium）、異樣根瘤菌屬（Allorhizobium-NeorhizobiumPararhizobium-Rhizobium）、噬酸菌屬Acidovorax 和草螺菌屬（Herbaspirillum）是復(fù)配基質(zhì)栽培（T1、T2、T3 處理）條件下，黃瓜植株根際特有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬；伯克霍爾德氏菌屬（Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia）、羅丹諾桿菌屬（Rhodanobacter）、不粘柄菌屬（ Asticcacaulis ）、申氏桿菌屬（ Shinella ） 和unclassified_f__Comamonadaceae、德沃斯氏菌屬（Devosia）是商品基質(zhì)栽培和菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培條件下，黃瓜植株根際共有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬。

綜上所述，不同的基質(zhì)配比栽培黃瓜，在不同程度上改變黃瓜植株根際細(xì)菌屬分類水平的群落組成，同時(shí)也改變了優(yōu)勢(shì)細(xì)菌菌落組成的豐度占比。與CK 相比，菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培有利于黃瓜根際形成更為多樣與均衡的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。

2.5 物種Venn 分析

由圖4 分析結(jié)果可知，在屬分類水平，CK、T1、T2、T3 處理中，黃瓜植株根際細(xì)菌屬分類水平數(shù)量分別為165、192、198 和200 個(gè)；4 種栽培模式中，黃瓜植株根際細(xì)菌共有的菌屬為102個(gè)；T1、T2、T3 與CK 處理共有的優(yōu)勢(shì)根際細(xì)菌屬數(shù)量分別為14、6 和7 個(gè)。而T1、T2、T3 和CK 處理黃瓜植株根際中，特有的根際細(xì)菌屬的數(shù)量分別為18、14、23 和14 個(gè)。

由圖5 分析結(jié)果可知，在種分類水平，CK、T1、T2、T3 處理中，黃瓜植株根際細(xì)菌種分類水平數(shù)量分別為226、279、294 和286 個(gè)；4 種栽培模式中，黃瓜植株根際細(xì)菌共有的菌種為130個(gè)；T1、T2、T3、CK 處理共有的優(yōu)勢(shì)根際細(xì)菌種數(shù)量分別為14、10、7 個(gè)。而T1、T2、T3、CK處理黃瓜植株根際中，特有的根際細(xì)菌種的數(shù)量分別為35、27、34、28 個(gè)。

表明無論是屬或種分類水平，與CK 相比，通過菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培均可以提高黃瓜根際細(xì)菌的數(shù)量水平，同時(shí)也有利于提升黃瓜植株根際特有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌數(shù)量。

2.6 PICRUSt 功能預(yù)測(cè)

為了進(jìn)一步研究不同基質(zhì)配比栽培條件下黃瓜植株根際細(xì)菌的功能，本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)和KEGG（kyoto encyclopedia of genes andgenomes）數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)，黃瓜植株根際細(xì)菌在一級(jí)功能層共有6 類生物代謝通路（表4），分別為： 代謝（metabolism ）、環(huán)境信息處理（environmental information processing）、遺傳信息處理（genetic information processing）、細(xì)胞過程（cellular processes）、人類疾?。╤uman diseases）和有機(jī)系統(tǒng)（organismal systems）。其中，代謝、環(huán)境信息處理和遺傳信息處理為主要一級(jí)功能，占比分別為62.74%～64.24%、15.64%～17.43%和10.57%～11.07%。不同基質(zhì)配比栽培條件下黃瓜植株根際細(xì)菌基因一級(jí)功能層預(yù)測(cè)基因種類無顯著差異，但基因拷貝數(shù)占比存在差異。

COG（clusters of orthologous groups）功能分類如圖6 所示，黃瓜植株根際細(xì)菌群落功能組成相對(duì)豐度占比前10 類別分別為：未知功能（S，11.06%～11.64%）、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝（E，7.99%～8.19%）、一般功能預(yù)測(cè)（R，7.92%～8.17%）、細(xì)胞壁/膜/包膜生物發(fā)生（M，6.80%～7.09%）、轉(zhuǎn)錄（K，6.61%～6.81%）、無機(jī)離子運(yùn)輸與代謝（P，6.11%～6.61%）、能量生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換（C， 6.32%～6.60%）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制（T，5.60%～6.45%）、碳水化合物運(yùn)輸和代謝（G，5.24%～6.06%）以及翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物發(fā)生（J，5.15%～5.43%）。各處理中，黃瓜植株根際細(xì)菌群落功能組成相似。與CK 相比，菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培提高了一般功能預(yù)測(cè)、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、轉(zhuǎn)錄、無機(jī)離子運(yùn)輸與代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制、碳水化合物運(yùn)輸和代謝功能豐度，降低了能量生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換、細(xì)胞壁/膜/包膜生物發(fā)生、翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物發(fā)生等功能豐度，但不同基質(zhì)配比栽培條件下各處理間差異不顯著。表明不同基質(zhì)配比對(duì)黃瓜植株根際細(xì)菌功能豐度占比影響較小。通過對(duì)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)和COG 數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)到大多數(shù)根際細(xì)菌顯示出有益的功能。

3 討論

本研究中，基于黃瓜植株根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成和產(chǎn)量而言，菇渣和鋸末復(fù)配基質(zhì)可替代常規(guī)商品基質(zhì)栽培黃瓜，T2 處理（菇渣∶鋸末=1∶1）表現(xiàn)最佳，為新型基質(zhì)栽培模式的應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。

基質(zhì)栽培相較于傳統(tǒng)的土壤栽培具有節(jié)水、保墑、增產(chǎn)及減輕環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本的作用，能夠有效改善作物生長(zhǎng)的根際環(huán)境，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。根際微生物群落的形成與作物、土壤有著密切的關(guān)系，而根際微生物在作物對(duì)養(yǎng)分的吸收、病原物的防衛(wèi)，抗逆性等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[26]。生產(chǎn)上通過間作制度、生物化肥、基質(zhì)栽培等方式改善作物根際微生物群落組成和功能，并通過對(duì)根際微生物群落的調(diào)控來增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。已有研究表明，作物根際微生物或內(nèi)生微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性越豐富時(shí)，植株對(duì)抗病原菌的綜合能力就越強(qiáng)[27-28]。本研究發(fā)現(xiàn)，菇渣、鋸末復(fù)配組成的基質(zhì)栽培條件下Chao 指數(shù)和Shannon 指數(shù)均顯著高于商品基質(zhì)栽培，在菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培條件下，檢測(cè)到黃瓜植株根際富集一些有益功能菌屬如：黃桿菌屬（ Flavobacterium ）、新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium）和草螺菌屬（Herbaspirillum）等共有優(yōu)勢(shì)功能菌屬。有研究發(fā)現(xiàn)，黃桿菌屬（Flavobacterium）細(xì)菌具有脫氮除磷功能的好氧反硝化微生物[29] ， 新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium）是一種與碳循環(huán)相關(guān)的具有降解木質(zhì)素功能的微生物[30-31] ， 草螺菌屬（Herbaspirillum）是一種與根系相關(guān)的固氮細(xì)菌，可利用根系分泌物互利共生，其主要通過固氮、溶磷和分泌鐵載體等方式促進(jìn)植物生長(zhǎng)[32]?？梢姡@些特有優(yōu)勢(shì)功能菌屬的富集改善了黃瓜植株根際微生態(tài)環(huán)境，幫助植株適應(yīng)養(yǎng)分不足的脅迫環(huán)境。

前人研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)栽培中，不同的基質(zhì)配比能不同程度地改變沃柑大苗根際細(xì)菌的多樣性和豐富度[14]。本研究亦發(fā)現(xiàn)，菇渣、鋸末不同的基質(zhì)配比調(diào)節(jié)了黃瓜植株根際優(yōu)勢(shì)細(xì)菌不同（門、屬）分類水平的組成比例，不同程度地改變了黃瓜植株根際細(xì)菌的多樣性和豐富度。楊?？33]研究發(fā)現(xiàn)，用粗砂、菇渣、鋸末等作為復(fù)配基質(zhì)材料，理化特性及變化滿足作物生長(zhǎng)需求，明顯改善了作物根區(qū)的環(huán)境，提高了作物產(chǎn)量和品質(zhì)，與本研究結(jié)果有相似之處，本研究發(fā)現(xiàn)，擬桿菌門（Bacteroidota）是菇渣、鋸末復(fù)配基質(zhì)栽培共有的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門類，能夠有效降解有機(jī)物質(zhì)，加快栽培基質(zhì)中有機(jī)物料的分解與吸收，改善了黃瓜植株根區(qū)微生態(tài)環(huán)境，且產(chǎn)量也高于商品基質(zhì)栽培。良好的栽培基質(zhì)能為作物的生長(zhǎng)提供良好的根際微生態(tài)環(huán)境，栽培基質(zhì)原料與配比的不同不僅會(huì)影響基質(zhì)理化性狀，也會(huì)影響基質(zhì)微生物的數(shù)量、種類及酶活性，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)[34]。因此，研究菇渣、鋸末不同的配比下黃瓜根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)黃瓜生產(chǎn)及新的栽培模式具有重要意義。

近年來，利用高通量測(cè)序技術(shù)在細(xì)菌多樣性及豐富度方面研究較多[35-38]。對(duì)細(xì)菌功能研究相對(duì)較少，本研究在Mi Seq 高通量測(cè)序結(jié)果的基礎(chǔ)上，將KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)和COG 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn)，不同的基質(zhì)配比栽培黃瓜不僅改變了黃瓜植株根際細(xì)菌群落組成，而且影響植株根際細(xì)菌的代謝功能，但不同處理之間對(duì)黃瓜植株根際細(xì)菌群落整體功能影響甚微。今后關(guān)于細(xì)菌功能的研究及有益功能菌如何對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，有待進(jìn)一步深入探究。