黃河三角洲刺槐根際與非根際細(xì)菌結(jié)構(gòu)及多樣性*

丁新景 敬如巖 黃雅麗 陳博杰 馬風(fēng)云?

（1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

（2 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000）

（3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

黃河三角洲刺槐根際與非根際細(xì)菌結(jié)構(gòu)及多樣性*

丁新景1，2，3敬如巖1黃雅麗1陳博杰1馬風(fēng)云1?

（1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

（2 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000）

（3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

為精確分析黃河三角洲刺槐根際與非根際土壤細(xì)菌群落定殖情況，本研究采用高通量測(cè)序方法對(duì)刺槐根際與非根際土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行了研究。研究表明，根際土壤細(xì)菌共有36門214屬，非根際土壤細(xì)菌共有33門153屬。變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）細(xì)菌豐度超過15%，是根際與非根際土壤中的優(yōu)勢(shì)菌落。根際與非根際土壤中酸桿菌門、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）豐度差異顯著。根際土壤中紅游動(dòng)菌屬（Rhodoplanes）、溶桿菌屬（Lysobacter）、熱單胞菌屬（Thermomonas）、鏈霉菌屬（Streptomyces）及非根際土壤中紅游動(dòng)菌屬、溶桿菌屬、鏈霉菌屬、Kaistobacter細(xì)菌豐度超過4%。根際土壤中固氮菌豐度顯著高于非根際土壤，解磷、解鉀細(xì)菌豐度差異不顯著。根際與非根際土壤細(xì)菌Chao豐富度分別為2 054、2 376，差異顯著。根際與非根際土壤細(xì)菌之間的權(quán)重（Weighted Unifrac）距離在0.12～0.25之間。綜上所述，黃河三角洲刺槐根際與非根際土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)具有一定差異，多樣性差異顯著。

黃河三角洲；刺槐；根際；細(xì)菌；多樣性

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，參與土壤中很多生理生化反應(yīng)，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換、能量流動(dòng)、信息傳遞中發(fā)揮著重要作用［1］。土壤微生物對(duì)植物生長具有重要影響。微生物作為植物有機(jī)殘?bào)w的主要分解者能夠通過土壤中營養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)植物養(yǎng)分的供應(yīng)，影響植物的生長、資源分配和化學(xué)組成。此外，微生物可以將土壤中植物不能直接利用的N、P轉(zhuǎn)化為有效態(tài)，因此在微生物多樣性較高的土壤中植物可以吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)外界的脅迫具有更強(qiáng)的恢復(fù)能力［1］。如微生物多樣性較低土壤中植物對(duì)熱脅迫和銅脅迫的恢復(fù)力也最低，且當(dāng)多樣性下降時(shí)某些特定的功能也受到極大影響［1-2］。土壤微生物中細(xì)菌數(shù)量最大、種類最多，生物學(xué)特性各異，繁殖迅速，對(duì)土壤肥力的形成、植物營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化有極其重要的作用［3］。植物根際土壤是根系與細(xì)菌相互作用的媒介，在根系與細(xì)菌的共同作用下形成的復(fù)雜微生態(tài)系統(tǒng)［4-5］。植物根系代謝產(chǎn)生分泌物，其中一些物質(zhì)可直接影響根際土壤細(xì)菌生長、發(fā)育和繁殖，使根際細(xì)菌數(shù)量、種類不同于非根際土壤，形成根際效應(yīng)［6-7］。根際土壤細(xì)菌對(duì)植物的生長具有促進(jìn)作用，如部分細(xì)菌與豆科植物根系可以聯(lián)合固氮，也有部分細(xì)菌可以通過產(chǎn)生激素影響植物生長［8］。根際土壤細(xì)菌的研究有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)植物根系-細(xì)菌的共生體系協(xié)同進(jìn)化機(jī)制［9］。

黃河三角洲是我國重要的濕地分布區(qū)，目前正處于快速開發(fā)建設(shè)時(shí)期，如何在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)保持良好的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是一個(gè)重要的研究課題。為改善和保護(hù)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，黃河三角洲地區(qū)自20世紀(jì)80年代以來營造了大量防護(hù)林，其中刺槐林栽培面積較大，達(dá)5 000 hm2，這些防護(hù)林在該地區(qū)防風(fēng)固沙、水土保持、土壤改良等方面發(fā)揮著重要的作用［10］。鑒于細(xì)菌在土壤各種生態(tài)過程中具有的重要作用，本研究選擇該地區(qū)刺槐人工林為研究對(duì)象，研究林地根際與非根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性差異，為人工林的科學(xué)管理以及進(jìn)一步研究黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)提供可參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省東營市河口區(qū)孤島鎮(zhèn)，東、北兩側(cè)臨渤海，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候。該地年平均氣溫為12.8 ℃，年均無霜期為234 d，年均日照時(shí)間約2 728 h，年均降水量為690.5 mm，全年降水分布不均，夏季降水占全年降水量的69%，超過10℃有效積溫約4 300 ℃左右［10］。

人工林為1985年?duì)I建，株行距為3 m×3 m。林木主要有刺槐（Robinia pseudoacacia）、絨毛白蠟（Fraxinus velutina）、臭椿（Ailanthus altissima）、榆樹（Ulmus pumila）、楊樹（Populs）、國槐（Sophora japonica）等。林下生長有茅草（Imperata cylindica）、荻（Triarrherca saccharifora）等草本植物。

1.2 樣品采集與處理

2014年11月在刺槐純林中設(shè)3個(gè)20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地。每標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取1株標(biāo)準(zhǔn)木，距樹干基部0.5 m處設(shè)東西南北4個(gè)取樣點(diǎn)，采集直徑小于0.2 cm的刺槐細(xì)根，用抖落法獲取細(xì)根上粘附的土壤作為根際土壤，將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地獲取的根際土壤分別混勻；另外在各取樣點(diǎn)5～20 cm土層采集非根際土壤。將每標(biāo)準(zhǔn)地根際與非土壤分為2份，一份裝入已消毒的密封塑料袋中，液氮保存帶回實(shí)驗(yàn)室，并在-70℃冷凍條件下備用；1份土樣風(fēng)干過0.20 mm篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)［10］。另用環(huán)刀法取樣測(cè)定土壤含水量。

1.3 土壤微生物DNA提取、測(cè)序、處理

采用CTAB方法提取樣本基因組DNA［11］，之后利用瓊脂糖凝膠電泳、OD280檢測(cè)DNA的純度和濃度。在離心管中將無菌水稀釋樣品至1 ng μl-1，以稀釋后基因組DNA為模板，根據(jù)測(cè)序區(qū)域的選擇，使用帶條碼（Barcode）的特異引物，采用高效和高保真酶進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）。引物對(duì)應(yīng)區(qū)域：16S V4區(qū)引物為515F-806R。用New England Biolabs公司的建庫試劑盒進(jìn)行文庫的構(gòu)建，構(gòu)建好的文庫經(jīng)過Qubit定量和文庫檢測(cè)合格后，使用MiSeq進(jìn)行上機(jī)測(cè)序。

Illumina MiSeq（Illumina高通量測(cè)序）測(cè)序平臺(tái)根據(jù)Barcode序列將下機(jī)數(shù)據(jù)拆分為不同樣品數(shù)據(jù)，截去Barcode序列和PCR擴(kuò)增引物序列；將拆分的數(shù)據(jù)使用FLASH對(duì)每個(gè)樣品的片段（reads）進(jìn)行拼接，得到的拼接序列為原始標(biāo)簽（Raw Tags）；Raw Tags經(jīng)過更嚴(yán)格過濾處理后［12］，得到高質(zhì)量的標(biāo)簽數(shù)據(jù)（Clean Tags）：Raw Tags從連續(xù)低質(zhì)量值（默認(rèn)質(zhì)量閾值為≤ 3）堿基數(shù)達(dá)到設(shè)定長度（默認(rèn)長度值為3）的第一個(gè)低質(zhì)量堿基位點(diǎn)截?cái)?；?jīng)過截取后得到的標(biāo)簽（Tags）數(shù)據(jù)集，進(jìn)一步過濾掉其中連續(xù)高質(zhì)量堿基長度小于Tags長度75%的Tags［13］。經(jīng)過以上處理后得到的Tags序列與數(shù)據(jù)庫（UCHIME Algorithm）進(jìn)行比對(duì)，檢測(cè)嵌合體序列并最終去除其中的嵌合體序列［14］。

1.4 物種注釋與豐度計(jì)算

用Uparse軟件對(duì)所有樣品的全部有效序列（Effective Tags）聚類［15］，默認(rèn)97%的一致性將序列聚類成為OTUs（群落聚類），Uparse構(gòu)建OTUs時(shí)會(huì)選取代表性序列（依據(jù)其算法原則，篩選OTUs中出現(xiàn)頻數(shù)最高的序列），將這些代表性序列集合用RDP Classifier與GreenGene數(shù)據(jù)庫進(jìn)行物種注釋分析。結(jié)合物種組成信息結(jié)果，得到在該樣品中每個(gè)物種豐度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)每個(gè)樣本文庫的OTUs豐度信息，利用QIIME（Version1.7.0）軟件計(jì)算樣品的α多樣性值，包括物種數(shù)、Chao指數(shù)、香農(nóng)指數(shù)（Shannon index，H）、辛普森指數(shù)（Simpson index，D）：

式中， OTUs為實(shí)際觀測(cè)到的 OTU數(shù)目；n1為只含有一條序列OTU數(shù)目；n2為只含有兩條序列的 OTU數(shù)目；

式中，Pi=ni/N，表明第i個(gè)物種的相對(duì)多度；ni為含有i條序列的 OTU數(shù)目；N為所有序列數(shù)［16］。

利用QIIME軟件分析根際和非根際土壤樣品差異性［15］，即Weighted Unifrac距離。應(yīng)用SPSS 22.0 軟件完成統(tǒng)計(jì)分析，各處理間數(shù)據(jù)采用方差分析（ANOVA），以 Duncan法檢測(cè)差異顯著性，差異水平p＜0.05。

2 結(jié) 果

2.1 根際與非根際土壤理化性質(zhì)

刺槐林根際與非根際土壤理化性質(zhì)見表1。刺槐根際與非根際土壤含水量、電導(dǎo)率、pH、速效鉀、硝態(tài)氮含量差異不顯著。根際土壤中有效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、可溶性有機(jī)碳、可溶性有機(jī)氮含量顯著高于非根際土壤，分別是非根際土壤的88.76%、71.19%、88.50%、88.50%、90.03%。

表1 刺槐林土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the soil under Robinia pseudoacacia forest

2.2 根際與非根際土壤細(xì)菌測(cè)序

經(jīng)測(cè)定，黃河三角洲刺槐根際土壤3次重復(fù)分別獲得42 341、54 992、51 601條有效序列，非根際土壤3次重復(fù)分別獲得38 657、23 353、54 813條有效序列。對(duì)獲得的序列進(jìn)行隨機(jī)抽樣的方法，以抽到的序列數(shù)與其所代表的OTU數(shù)目構(gòu)建稀釋性曲線，如圖1，從圖中可以看出，12 360條序列時(shí)根際與非根際土壤序列稀釋性曲線均趨于平坦，更多的測(cè)序數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)現(xiàn)新的OTU貢獻(xiàn)率較小，表明測(cè)序數(shù)據(jù)合理。

2.3 根際與非根際土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)組成

圖1 根際與非根際土壤細(xì)菌稀疏性曲線分析Fig. 1 Sparsity curve analysis of OTUs of rhizosphere and bulk soil

根際與非根際土壤細(xì)菌分別有36門和33門，其中分別有9門和8門細(xì)菌豐度超過1%（圖2），豐度總和分別為97.37%和96.15%。變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）3門細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度超過15%，是根際與非根際土壤中的優(yōu)勢(shì)菌落。變形菌門細(xì)菌在根際土壤中豐度最高，為33.30%，顯著高于非根際土壤中的豐度。變形菌門細(xì)菌共有5綱，根際土壤中Betaproteobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria 3綱細(xì)菌豐度分別為12.31%、9.46%、7.83%，顯著高于非根際；Deltaproteobacteria細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度分別為3.67%、4.04%，差異不顯著；根際與非根際中Epsilonproteobacteria細(xì)菌豐度低于1%。非根際土壤中酸桿菌門豐度最高，為29.29%，根際土壤中豐度為20.64%，差異顯著（p＜0.05）。綠彎菌門（Chloroflexi）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、浮游菌門（Planctomycetes）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）、疣微菌門（Verrucomicrobia）5門細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度介于1.96%～6.82%，其中硝化螺旋菌門細(xì)菌在根際土壤豐度僅為2.39%，而非根際土壤中豐度為6.82%，差異顯著（p＜0.05）。

根際與非根際土壤中細(xì)菌分別有214屬和153屬，豐度超過1%的屬分別有29屬和32屬（圖3），豐度總和分別為76.95%和80.08%。紅游動(dòng)菌屬（Rhodoplanes）、溶桿菌屬（Lysobacter）、熱單胞菌屬（T h e r m o m o n a s）、鏈霉菌屬（Streptomyces）4屬細(xì)菌在根際土壤中豐度超過4%。紅游動(dòng)菌屬、溶桿菌屬、鏈霉菌屬、Kaistobacter4屬細(xì)菌在非根際土壤中豐度超過4%。許多屬細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度差異顯著（p＜0.05）。如新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium）、氣微菌屬（Aeromicrobium）、Limnohabitans、海藻球菌屬（Phycicoccus）4屬細(xì)菌在根際土壤中豐度顯著高于非根際土壤（p＜0.05），其中Limnohabitans、海藻球菌屬細(xì)菌在根際土壤中豐度超過1%，在非根際土壤中未檢測(cè)到。Kaistobacter、Candidatus Nitrososphaera、DA101、Ramlibacter、Methylibium5屬細(xì)菌在非根際土壤中豐度顯著高于根際土壤（p＜0.05），其中Ramlibacter、Methylibium在非根際土壤中的豐度超過1%，但在根際土壤中未檢測(cè)到。

圖2 根際與非根際土壤細(xì)菌門水平相對(duì)豐度Fig. 2 Bacterial abundance of rhizosphere and bulk soil at the phylum level

2.4 根際與非根際土壤細(xì)菌功能組成

根際與非根際土壤中具有固氮功能的細(xì)菌分別有17屬、15屬（表2），根際土壤中具有固氮功能的細(xì)菌豐度是非根際土壤中的1.21倍，差異顯著（p＜0.05），其中短波單胞菌屬（Brevundimonas）、成對(duì)桿菌屬（Dyadobacter）、硫桿菌屬（Thiobacillus）3屬細(xì)菌僅在根際土壤中檢測(cè)到，弗蘭克氏菌屬（Frankia）細(xì)菌僅在非根際土壤中檢測(cè)到。根際與非根際土壤中具有解磷功能的細(xì)菌分別有8屬、7屬，具有解鉀功能的細(xì)菌分別有5屬、4屬，解磷、解鉀細(xì)菌豐度差異不顯著（p＞0.05）。窄食單胞菌屬（Stenotrophomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、布克氏菌屬（Burkholderia）3屬細(xì)菌具有減少植株病害的作用，3屬細(xì)菌在非根際土壤細(xì)菌豐度總和是根際土壤的3.93倍，差異顯著（p＜0.05）。根際與非根際土壤中還分布有植物致病菌假黃單胞菌屬（Pseudoxanthomonas）、螺桿菌屬（Helicobacter）。

圖3 根際與非根際土壤細(xì)菌屬水平相對(duì)豐度Fig. 3 Bacterial abundance of Rhizosphere and bulk soil at the generic level

表2 根際與非根際土壤細(xì)菌功能組成Table 2 Bacterial function composition of rhizosphere and bulk soil

2.5 根際與非根際土壤細(xì)菌群落多樣性

97%序列相似度被認(rèn)為是種（species）的分類水平，本研究以97%相似度水平歸并OTUs計(jì)算根際與非根際土壤細(xì)菌的α多樣性。從表3得知，非根際土壤所測(cè)得的細(xì)菌物種數(shù)、香農(nóng)指數(shù)均高于根際土壤，差異不顯著（p＞0.05）；非根際土壤細(xì)菌Chao豐富度為2 376，顯著高于根際；根際與非根際土壤細(xì)菌辛普森指數(shù)差異不顯著（p＞0.05）。

表3 刺槐根際與非根際土壤細(xì)菌多樣性分析Table 3 Bacterial diversity index of the rhizosphere and bulk soil under Robinia pseudoacacia

2.6 根際與非根際土壤細(xì)菌差異

Weighted Unifrac距離可以用來作為衡量兩個(gè)樣品間的相異系數(shù)，其值越小，表示這兩個(gè)樣品在物種多樣性方面存在的差異越小［17］。刺槐根際土壤細(xì)菌之間的Weighted Unifrac距離在0.17～0.25之間；刺槐根際土壤細(xì)菌之間的Weighted Unifrac距離顯著高于非根際（p＜0.05）；根際與非根際土壤細(xì)菌之間Weighted Unifrac距離整體偏大（表4）。非根際土壤細(xì)菌之間差異較小，根際土壤細(xì)菌之間差異較大。

表4 根際與非根際土壤細(xì)菌Weighted Unifrac距離Table 4 Bacterial Weighted Unifrac Range between rhizosphere and bulk soil

3 討 論

3.1 根際與非根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

黃河三角洲刺槐林土壤中，變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門3門細(xì)菌土壤中豐度均超過15%，是土壤中的優(yōu)勢(shì)群落。王伏偉［15］、柳春林［16］、楊菁［18］等對(duì)砂姜黑土、赤紅壤、砂壤細(xì)菌群落研究后發(fā)現(xiàn)變形菌門、放線菌門、酸桿菌門3門細(xì)菌是上述3種土壤中的優(yōu)勢(shì)群落，杜瀅鑫等［19］研究表明變形菌門、放線菌門、酸桿菌門3門細(xì)菌在大慶鹽堿地中同樣占據(jù)優(yōu)勢(shì)，與本研究結(jié)果相同。說明變形菌門、放線菌門、酸桿菌門3門細(xì)菌適應(yīng)性廣，能夠存在于各種不同的土壤中，環(huán)境變化對(duì)這3門細(xì)菌分布影響不大［15］。

門水平上變形菌門、酸桿菌門、硝化螺旋菌門3門細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度差異顯著；屬水平上新鞘氨醇桿菌屬（Novosphingobium）、氣微菌屬（Aeromicrobium）、Limnohabitans、海藻球菌屬（Phycicoccus）、Kaistobacter、Candidatus、Nitrososphaera、DA101、Ramlibacter、Methylibium9屬細(xì)菌在根際與非根際土壤中相對(duì)豐度差異顯著。汪其同等［5］研究表明楊樹根際和非根際土壤中8屬相對(duì)豐度較高的細(xì)菌豐度存在顯著差異。細(xì)菌在根際與非根際土壤中豐度差異可能是由于植物根系生長代謝及根系分泌物差異導(dǎo)致根際與非根際土壤的透氣性、濕度、pH、土壤顆粒大小、土壤緊實(shí)度及土壤N、P、K、有機(jī)質(zhì)含量等不同，不同理化性質(zhì)的土壤中細(xì)菌類群不同，因此根際與非根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在差異［20］。

3.2 根系對(duì)細(xì)菌群落多樣性的影響

一般由于植株根系代謝為根際土壤細(xì)菌提供較多的碳源，使得根際土壤細(xì)菌數(shù)量、多樣性高于非根際，如楊樹人工林根際細(xì)菌多樣性高于非根際［5］；本溪山櫻根際與非根際解磷細(xì)菌群落存在明顯的根際效應(yīng)［21］。黃河三角洲刺槐根際土壤細(xì)菌Chao指數(shù)為2 054，而非根際為2 376，根際土壤細(xì)菌多樣性低于非根際土壤。這應(yīng)該與土樣采集時(shí)間有關(guān)。試驗(yàn)土樣采于11月，該地區(qū)11月份降水較少，土壤中水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，刺槐受到干旱脅迫，根系調(diào)整自身根系分泌物的組成和數(shù)量來積極響應(yīng)土壤環(huán)境的變化［22］。根系分泌物對(duì)根際微生物具有一定的選擇性，干旱脅迫促使植物分泌物增加，植物根系對(duì)根際細(xì)菌的選擇性增強(qiáng)，使部分細(xì)菌豐度升高，其他細(xì)菌豐度降低，根際細(xì)菌多樣性低于非根際［5］。因此根際土壤細(xì)菌多樣性降低可以作為植物對(duì)干旱脅迫響應(yīng)的一種表現(xiàn)［23］。

3.3 土壤理化性質(zhì)對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

許多研究表明酸桿菌門在酸性土壤中豐度較高，如柳春林等［16］研究發(fā)現(xiàn)鼎湖山森林土壤中酸桿菌門豐度介于53. 3%～67. 8%，隋心等［24］在三江平原研究發(fā)現(xiàn)土壤中酸桿菌門豐度為53%。酸桿菌門是嗜酸性細(xì)菌，酸性土壤有利于酸桿菌門的生長［25］。鼎湖山與三江平原土壤為酸性，適于酸桿菌門的生長，而黃河三角洲刺槐根際與非根際土壤中豐度分別為20.64%和29.29%，豐度偏低，可能是堿性土壤不利于酸桿菌門生長。雖然黃河三角洲刺槐林土壤中酸桿菌門細(xì)菌豐度較低，但土壤細(xì)菌多樣性（Chao指數(shù)2054～2 376）卻高于隋心等［24］（Chao指數(shù)709～745）、汪其同等［5］（Chao指數(shù)1931～2260）研究的土壤，可能是堿性環(huán)境中酸桿菌門豐度較低，利于其他細(xì)菌的生長，從而提高了土壤的細(xì)菌多樣性。黃河三角洲刺槐林土壤中檢測(cè)出芽單胞菌門（Gemmatimonadetes），這個(gè)門的細(xì)菌在海南降香黃檀人工林土壤及鼎湖山森林土壤細(xì)菌中均未發(fā)現(xiàn)［16］，三江平原小葉章土壤中芽單胞菌門豐度極低，僅1%［24］，而芽單胞菌門在黃河三角洲刺槐根際與非根際中豐度較高，分別為4.67%和5.95%，這可能是堿性環(huán)境不利于酸桿菌門細(xì)菌生長從而使芽單胞菌門細(xì)菌豐度較高。

刺槐根際與非根際土壤含水量、電導(dǎo)率、pH、速效鉀含量差異不顯著，根際土壤堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量顯著高于非根際。這可能是刺槐受干旱脅迫后根系分泌物增加引起的，根系分泌物中含有較多的低分子糖、多種氨基酸、有機(jī)酸、酮、酚和胺等物質(zhì)，根系分泌物中氨基酸、有機(jī)酸能夠?qū)⑼寥乐袩o效態(tài)氮、磷轉(zhuǎn)化為有效態(tài)［6］，因此刺槐根際土壤堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量顯著高于非根際。根際土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化，增強(qiáng)了部分細(xì)菌競爭能力［5］，如刺槐根際土壤中變形菌門、放線菌門等細(xì)菌豐度均顯著高于非根際。變形菌門、放線菌門等細(xì)菌對(duì)土壤資源消耗增長使土壤細(xì)菌群落競爭加劇，酸桿菌門、硝化螺旋菌門等細(xì)菌食物資源減少，豐度降低，根際土壤細(xì)菌多樣性低于非根際。

根際土壤為細(xì)菌提供了豐富的堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，因此根際土壤中微生物數(shù)量多于非根際土壤［26］，但由于根系分泌物對(duì)根際微生物具有一定的選擇性［5］，因此刺槐根際土壤細(xì)菌多樣性小于非根際土壤。

4 結(jié) 論

黃河三角洲刺槐林根際土壤細(xì)菌豐度高于非根際土壤細(xì)菌。變形菌門、放線菌門、酸桿菌門細(xì)菌是根際與非根際土壤中的共同優(yōu)勢(shì)菌落。紅游動(dòng)菌屬、溶桿菌屬、熱單胞菌屬、鏈霉菌屬為根際土壤優(yōu)勢(shì)群落，紅游動(dòng)菌屬、溶桿菌屬、鏈霉菌屬、

Kaistobacter細(xì)菌為非根際土壤優(yōu)勢(shì)群落。根際土壤中固氮菌豐度顯著高于非根際土壤，解磷、解鉀細(xì)菌豐度差異不顯著。根際與非根際土壤細(xì)菌多樣性差異顯著。非根際土壤細(xì)菌之間物種多樣性差異較小，根際土壤細(xì)菌之間差異較大。

［1］ Zelles L. Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterisation of microbial communities in soil：A review. Biology and Fertility of Soils，1999，29：111—129

［2］ Griffiths B S，Ritz K，Bardgett R D，et al. Ecosystem response of pasture soil communities to fumigationinduced microbial diversity reductions：An examination of the biodiversity-ecosystem function relationship.Oikos，2000，90（2）：279—294

［3］ Kennedy A C. Bacterial diversity in agroecosystems.Agriculture Ecosystems and Environment，1999，74（1）：65—76

［4］ Ryan P R，Jones D L，Delhaize E. Function and mechanism of organic anion exudation from plant roots.Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，2001，52：527—560

［5］ 汪其同，朱婉芮，劉夢(mèng)玲，等. 基于高通量測(cè)序的楊樹人工林根際和非根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)比較. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2015，21（5）：967—973 Wang Q T，Zhu W R，Liu M L，et al. Comparison on bacterial community of rhizosphere and bulk soil of poplar plantation based on pyrosequencing（In Chinese）. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，2015，21（5）：967—973

［6］ Wardle D A. A comparative assessment of factors which influence microbial biomass carbon and nitrogen levels in soil. Biological Reviews，1992，67（3）：321—358

［7］ Prosser J. Molecular and functional eliversity in soil micro-organisms. Plant and Soil，2002，244（1）：9—17

［8］ Schippers B，Bakker A W，Bakker P. Interactions of deleterious and beneficial rhizosphere microorganisms and the effect of cropping practices. Annual Review of Phytopathology，2003，25（1）：339—358

［9］ Berg G，Grube M，Schloter M，et al. Unraveling the plant microbiome：Looking back and future perspectives. Frontiers in Microbiology，2014，5，DOI：10.3389/fmicb.2014.00148

［10］ 李萍，趙庚星，高明秀，等. 黃河三角洲土壤含水量狀況的高光譜估測(cè)與遙感反演. 土壤學(xué)報(bào)，2015，52（6）：1262—1272 Li P，Zhao G X，Gao M X，et al. Hyperspectral estimation and remote sensing retrieval of soil water regime in the Yellow River Delta（ In Chinese）. Acta Pedologica Sinica，2015，52（6）：1262—1272

［11］ 劉璐，何尋陽，謝強(qiáng)，等. 桂西北喀斯特常見豆科植物根瘤菌的遺傳多樣. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（12）：3663—3669 Liu L，He X Y，Xie Q，et al. Genetic diversity of rhizobia isolated from common legumes in the Karst area Northwest Guangxi（In Chinese）. Chinese Journal of Applied Ecology，2015，26（12）：3663—3669

［12］ Bokulich N A，Subramanian S，F(xiàn)aith J J，et al.Quality-filtering vastly improves diversity estimates from Illumina amplicon sequencing. Nature Methods，2013，10（1）：57—59

［13］ Caporaso J G，Kuczynski J，Stombaugh J，et al.QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nature Methods，2010，7（5）：335—336

［14］ 游偲，張立猛，計(jì)思貴，等. 枯草芽孢桿菌菌劑對(duì)煙草根際土壤細(xì)菌群落的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（11）：3323—3330 You C，Zhang L M，Ji S G，et al. Impact of biocontrol agent Bacillus subtilis on bacterial communities in tobacco rhizospheric soil（In Chinese）. Chinese Journal of Applied Ecology，2014，25（11）：3323—3330

［15］ 王伏偉，王曉波，李金才，等. 施肥及秸稈還田對(duì)砂姜黑土細(xì)菌群落的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（10）：1302—1311 Wang F W，Wang X B，Li J C，et al. Effects of fertilization and straw incorporation on bacterial communities in lime concretion black soil（In Chinese）. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2015，23（10）：1302—1311

［16］ 柳春林，左偉英，趙增陽，等. 鼎湖山不同演替階段森林土壤細(xì)菌多樣性. 微生物學(xué)報(bào)，2012，52（12）：1489—1496 Liu C L，Zuo W Y，Zhao Z Y，et al. Bacterial diversity of different successional stage forest soils in Dinghushan（ In Chinese）. Acta Microbiologica Sinica，2012，52（12）：1489—1496

［17］ Li T，Long M，Gatesoupe F J，et al. Comparative analysis of the intestinal bacterial communities in different species of carp by pyrosequencing. Microbial Ecology，2014，69（1）：25—36

［18］ 楊菁，周國英，田媛媛，等. 降香黃檀不同混交林土壤細(xì)菌多樣性差異分析. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（24）：8117—8127 Yang J，Zhou G Y，Tian Y Y，et al. Differential analysis of soil bacteria diversity in different mixed forests ofDalbergia odorifera（In Chinese）. Acta Ecologica Sinica，2015，35（24）：8117—8127

［19］ 杜瀅鑫，謝寶明，蔡洪生，等. 大慶鹽堿地九種植物根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（3）：740—747 Du Y X，Xie B M，Cai H S，et al. Structural and functional diversity of rhizosphere microbial community of nine plant species in the Daqing Saline-alkali soil region（In Chinese）. Acta Ecologica Sinica，2016，36（3）：740—747

［20］ Steenwerth K L，Jackson L E，Calderon F J，et al.Soil microbial community composition and land use history in cultivated and grassland ecosystems of coastal California. Soil Biology & Biochemistry，2002，34（11）：1599—1611

［21］ 于翠，呂德國，秦嗣軍，等. 本溪山櫻根際與非根際解磷細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（12）：2381—2384 Yu C，Lü D G，Qin S J，et al. Community structure and its dynam ics of phosphobacteria inCerasus sachalinensisrhizosphere and non-rhizosphere（In Chinese）. Acta Ecologica Sinica，2006，17（12）：2381—2384

［22］ Walker T S，Bais H P，Grotewold E，et al. Root exudation and rhizosphere biology. Plant Physiology，2003，132（1）：44—51

［23］ 吳林坤，林向民，林文雄. 根系分泌物介導(dǎo)下植物-土壤-微生物互作關(guān)系研究進(jìn)展與展望. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，38（3）：298—310 Wu L K，Lin X M，Lin W X. Advances and perspective in research on plant-soil-microbe interactions mediated by root exudates（ In Chinese）. Chinese Journal of Plant Ecology，2014，38（3）：298—310

［24］ 隋心，張榮濤，鐘海秀，等. 利用高通量測(cè)序?qū)θ皆∪~章濕地土壤細(xì)菌多樣性的研究. 土壤，2015，47（5）：919—925 Sui X，Zhang R T，Zhong H X，et al. Study on bacterial diversity ofDeyeuxia angustifoliawetland by application of High-throughput sequencing technology in Sanjiang Plain（In Chinese）. Soils，2015，47（5）：919—925

［25］ Schabereiter G C，Saiz J C，Pinar G，et al. Altamira cave Paleolithic paintings harbor partly unknown bacterial communities. FEMS Microbiology Letters，2002，211（1）：7—11

Bacterial Structure and Diversity of Rhizosphere and Bulk Soil ofRobinia pseudoacaciaForests in Yellow River Delta

DING Xinjing1，2，3JING Ruyan1HUANG Yali1CHEN Bojie1MA Fengyun1?
（1Forestry College of Shandong Agricultural University，Laboratory of Ecology and Environment，Shandong Agricultural University，Taian，Shandong271018，China）
（2Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou730000，China）
（3University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）

【Objective】 As one of the three major pedogenic river deltas in China and the one that develops the fastest，the Yellow River Delta is an important reserved land resource. Developing mixed forests has been becoming a major strategy to develop the Yellow River Delta，because mixed forests can not only regulate temperature but also improve soil fertility. To improve the ecological system of the Yellow River Delta，a number of forest plantations have been established since the 1950s.Robinia pseudoacaciais the dominant tree species in most of the forest plantations，which contribute significantly to conserving soil and water and improving the ecological system of the Delta. Soil microbial community in plant rhizosphere plays an important role in plant nutrition and plant health. This research aimed to accurately evaluate how soil bacterial communities colonize in rhizosphere and in bulk soils underRobinia pseudoacaciain the Yellow River Delta. 【Method】 With the aid of the Illumina MiSeq technology，this research analyzed structure and diversity of the bacterial communities in the rhizosphere soil and the bulk soil underRobinia pseudoacaciafor comparison. The differences in soil bacterial community between rhizosphere and bulk soil were expressed via the Weighted Unifrac Range of OTUs. 【Result】Results show that the bacterial community in the rhizosphere soil consisted of 214 genera of 36 phyla and that in the bulk soil 153 genera of 33 phyla. Proteobacteria，Actinobacteria and Acidobacteria were the dominant phyla of bacteria in both rhizosphere and bulk soils with relative abundance being more than 15%. Acidobacteria and Nitrospirae varied sharply in relative abundance between the rhizosphere soil and the bulk soil. Chloroflexi，Gemmatimonadetes，Planctomycetes，Nitrospirae，and Verrucomicrobia were the dominant taxa of bacteria with relative abundance being more than 1%.Rhodoplanes，Lysobacter，ThermomonasandStreptomycesin the rhizosphere soil andRhodoplanes，Lysobacter，StreptomycesandKaistobacterin the bulk soil all exceeded 4% in relative abundance. There were 29 and 32 genera of bacteria in the rhizosphere soil and 3 in the bulk soil being more than 1% in relative abundance，respectively. Significant differences were found in relative abundance ofNovosphingobium，Aeromicrobium，Limnohabitans，Phycicoccus，aistobacter，Candidatus Nitrososphaera，DA101，Ramlibacter，andMethylibiumbetween the rhizosphere soil and the bulk soil. Relative abundance ofAzotobacterwas significantly higher in the rhizosphere soil than in the bulk soil，while no significant difference was observed in relative abundance of potassium and phosphorus-dissolving bacteria between the two soils. Chao richness of bacterial community was 2 054 and 2 376 in the rhizosphere soil and in the bulk soils，respectively，showing a significant difference. Weighted Unifrac Range mof the soil bacteria between the rhizosphere and the bulk soil was 0.12～0.25. In this study，all the findings demonstrate that there are some differences in structure between the bacterial communities in the rhizosphere soil and in the bulk soil underRobinia pseudoacaciain Yellow River Delta. 【Conclusion】Significant differences do exist in relative abundance of Proteobacteria，Acidobacteria，and Nitrospirae at the phylum level，andNovosphingobium，Aeromicrobium，Limnohabitans，andPhycicoccusat the genus level between rhizosphere and bulk soils，and significant differences are also observed in bacterial diversity between rhizosphere and bulk soils. Analysis of bacteria 16S rRNA-bacteria dataset shows differernces in structure and diversity of soil bacterial community between the rhizosphere and bulk soila in the Yellow River Delta. But further research is still needed to get more detailed information about soil microorganisms.

Yellow River Delta；Robinia pseudoacacia；Rhizosphere；Bacteria；Diversity

S154.36；S792

A

10.11766/trxb201703230510

* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30970499）和世界銀行貸款項(xiàng)目（ SEAP-KY-2）共同資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 30970499）and the World Bank Loan Project（No. SEAP-KY-2）

? 通訊作者 Corresponding author：馬風(fēng)云，副教授，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)恢復(fù)和重建研究。E-mail：sdmfy@sdau.edu.cn

丁新景（1990—），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要從事林業(yè)生態(tài)工程研究。Tel：18854889053；E-mail：18854889053@163.com

2017-03-23；

2017-05-05；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-06-20

（責(zé)任編輯：盧 萍）