不同生境黑果枸杞根際與非根際土壤微生物群落多樣性

李 巖,何學(xué)敏, 楊曉東,張雪妮,呂光輝, *

1 新疆大學(xué)干旱生態(tài)環(huán)境研究所,烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046 3 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046

根際土壤是直接受植物根系和分泌物影響的土壤區(qū)域,是土壤微生物與植物相互作用的重要場(chǎng)所。根際土壤微生物與根系之間存在適應(yīng)性協(xié)同進(jìn)化關(guān)系[1],并形成植物-微生物之間的互惠關(guān)系[2]。植物通過(guò)根系活動(dòng)改變根際土壤的養(yǎng)分含量及其他土壤理化性質(zhì),改變根際微生物群落的組成,使得根際與非根際土微生物群落組成和多樣性上具有明顯的差異[3]。根際微生物對(duì)植物生長(zhǎng)具有重要的作用,促植物生長(zhǎng)細(xì)菌(PGPR)通過(guò)自身代謝活動(dòng)將土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化為植物可吸收利用的形態(tài),促進(jìn)植物生長(zhǎng),部分細(xì)菌分泌的激素等物質(zhì)可提高植物的適應(yīng)性,如干旱、鹽堿等脅迫條件[4-5]。

根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)受植物影響,如植物種類(lèi)[6]、生長(zhǎng)階段[7]、健康狀況[8],另外,土壤理化性質(zhì)對(duì)微生物群落也具有重要的影響,如土壤營(yíng)養(yǎng)狀況[9]、水分和pH[10-11]、溫度[12]。土壤鹽漬化作為一種重要的環(huán)境脅迫因子,不僅影響植物的生長(zhǎng)、植被群落結(jié)構(gòu),而且對(duì)土壤微生物群落多樣性和組成具有重要的影響[13-14]。我國(guó)西北干旱區(qū),特別是新疆地區(qū),擁有大面積的鹽漬化土壤,含鹽量高,不利于作物耕種,卻孕育了許多鹽生植物,如鹽角草(Salicorniaeuropaea)、鹽穗木 (Halostachyscaspica)、鹽節(jié)木 (Halocnemumstrobilaceum)、堿蓬 (Suaedaglauca)、鹽爪爪 (Kalidiumfoliatum)等。深入開(kāi)展鹽生植物根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)于揭示植物對(duì)鹽堿環(huán)境的適應(yīng)機(jī)理具有重要意義[15]。然而,目前對(duì)鹽生植物根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)的了解還比較少[16]。

黑果枸杞(Lyciumruthenicum)是一種分布于我國(guó)西北干旱區(qū)的耐鹽植物。國(guó)內(nèi)學(xué)者主要從生理生態(tài)方面對(duì)它們的耐鹽堿機(jī)理開(kāi)展過(guò)研究[17-18],但是根際土壤微生物對(duì)黑果枸杞耐鹽堿性的作用尚未揭示。研究表明,植物根際微生物群落的組成和豐富度在不同生境間具有差異[19-20],黑果枸杞作為一種耐鹽植物,可生長(zhǎng)于多種生境中,如鹽化沙地、干河床、荒漠河岸林中、河湖沿岸,然而,黑果枸杞根際微生物群落多樣性和組成在鹽堿化生境與非鹽堿化生境之間的差異性還不清楚。本研究在前期對(duì)艾比湖地區(qū)黑果枸杞根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析不同地區(qū)(鹽化與非鹽化生境)中黑果枸杞根際土壤細(xì)菌和真菌的群落組成,揭示根際微生物群落與非根際微生物群落組成之間,以及不同生境間微生物群落結(jié)構(gòu)的差異,為研究根際土壤微生物與黑果枸杞耐鹽性之間的關(guān)系提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤樣品于2016年5月11—13日取自精河縣艾比湖濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、烏蘇市、五家渠市,生境分別為鹽堿地、路旁荒地、人工林帶旁。分別在每個(gè)黑果枸杞居群中選擇生長(zhǎng)狀況相近的健康個(gè)體,每個(gè)地點(diǎn)采集3—4個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)之間距離大約20—50 m。將植株根系挖出,抖去根部附著比較疏松的土壤,留下與根系結(jié)合比較緊密的土壤(厚度約1 mm),裝入50 mL無(wú)菌離心管中。采集距離根系30—40、0—30 cm深度土層的土壤,裝于無(wú)菌袋中,作為非根際土壤。土壤采集完后立即在冷藏條件下(冰上)帶回實(shí)驗(yàn)室。向盛有根系的離心管中加入適量(30 mL左右)無(wú)菌PBS溶液(137 mmol/L NaCl, 2.7 mmol/L KCl, 8.5 mmol/L Na2HPO4, 1.5 mmol/L KH2PO4, pH 7.3), 漩渦震蕩10 min,棄去根系,土壤溶液即為根際土壤溶液,暫存于4℃,備土壤微生物基因組DNA提取。

1.2 方法

1.2.1 土壤理化性質(zhì)分析

土壤pH值采用pH計(jì)測(cè)定; 土壤有機(jī)碳(TOC)采用重鉻酸鉀容重法進(jìn)行測(cè)定;全氮(TON)采用重鉻酸鉀-硫酸消化法進(jìn)行測(cè)定;電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)率儀測(cè)定, 由于EC與土壤含鹽量具有正相關(guān)關(guān)系,因此以EC近似表示含鹽量。

1.2.2 土壤微生物基因組DNA的提取

基因組DNA提取方法參考Edwards[2]。吸取1 mL根際土壤溶液至2 mL無(wú)菌離心管中,于4℃、10000 g離心30 s,棄上清,所得沉淀用于根際土壤微生物基因組DNA提取;對(duì)非根際土,用無(wú)菌藥匙取大約0.2 g土壤(濕重),加入2 mL無(wú)菌離心管中,用于提取基因組DNA。利用OMEGA試劑盒E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit試劑盒(OMEGA)提取基因組DNA,利用1%瓊脂糖凝膠檢測(cè)DNA的長(zhǎng)度和完整性,利用NanoDrop檢測(cè)DNA的濃度和純度。

1.2.3 DNA擴(kuò)增及測(cè)序

采用兩輪法對(duì)細(xì)菌16S rDNA V3—V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增, 第一輪擴(kuò)增利用融合了barcode序列的通用引物進(jìn)行,上游引物341F:ccctacacgacgctcttccgatctg (barcode) cctacgggnggcwgcag,下游引物805R: gactggagttccttggcaccc gagaattccagactachvgggtatctaatcc;真菌18S rDNA擴(kuò)增,第一輪擴(kuò)增利用融合了barcode序列的通用引物進(jìn)行,上下游引物序列:NS1:cctacacgacgctcttccgatctn (barcode) gtagtcatatgcttgtctc,Fung:gactggagttccttggcacccgag aattccaattccccgttacccgtt g。反應(yīng)體系30 μL,包含15 μL 2×Taq master Mix(Thermo),引物(10 μmol/L)各1 μL,模板DNA 20 ng。擴(kuò)增條件:94℃ 3 min,94℃ 30 s,45℃ 20 s,65℃ 30 s,擴(kuò)增5個(gè)循環(huán);94℃ 20 s,55℃ 20 s,72℃ 30 s,擴(kuò)增20循環(huán),72℃延伸5 min。第二輪擴(kuò)增使用Illumina橋式PCR兼容引物,以第一輪的PCR產(chǎn)物為模板。反應(yīng)體系同上。擴(kuò)增條件:95℃ 30 s,95℃ 15 s,55℃ 15 s,72℃ 30 s,擴(kuò)增5個(gè)循環(huán),72℃延伸5 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)磁珠法回收并定量。將每個(gè)重復(fù)個(gè)體的PCR產(chǎn)物等量混合,每份混合樣品包含相應(yīng)的全部重復(fù)個(gè)體,將6份混合樣品送至生工(上海)生物工程有限公司,利用Illumina-MiSeq平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

測(cè)序原始數(shù)據(jù)去除引物接頭序列、去除各低質(zhì)量堿基(Phred Quality Score=20)后進(jìn)行拼接,舍棄長(zhǎng)度短于200 bp的序列,去除非特異性擴(kuò)增序列及嵌合體后,得到每個(gè)樣本的有效序列數(shù)據(jù)。以97%為劃定閾值,對(duì)16S和18S序列劃分操作分類(lèi)單元(operational taxonomic unit,OTU)。采用RDP classifier 2.12對(duì)97%相似度水平的OTU代表序列進(jìn)行分類(lèi)學(xué)分析,得到每個(gè)OTU對(duì)應(yīng)的物種分類(lèi)信息,并在界、門(mén)、綱、目、科、屬水平上統(tǒng)計(jì)各個(gè)樣品的細(xì)菌群落組成。基于物種分類(lèi)分析,繪制物種分類(lèi)條形圖和物種豐度熱圖。16S和18S序列經(jīng)重取樣(resampling)統(tǒng)一測(cè)序深度(16S為60000條,18S為27000條)后,計(jì)算alpha多樣性指數(shù)(Chao1、Shannon、Simpson指數(shù)以及覆蓋度)。以O(shè)TUs豐富度對(duì)序列數(shù)作圖,進(jìn)行稀釋分析并制作稀釋曲線(xiàn)圖(Rarefaction curve)。根據(jù)樣本OTUs組成之間的weighted unifrac距離矩陣進(jìn)行主坐標(biāo)分析(PCoA)分析微生物群落之間的相似性;用配對(duì)t檢驗(yàn)比較根際和非根際、細(xì)菌和真菌群落多樣性的差異性;利用CCA分析檢測(cè)細(xì)菌、真菌群落組成與土壤理化因子的關(guān)系。OTU劃分、alpha多樣性指數(shù)計(jì)算以及稀釋分析用Mothur軟件完成;配對(duì)t檢驗(yàn)及作圖用Graphpad 6完成;PCoA和CCA分析采用R的vegan軟件包進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

根際土壤有機(jī)碳(TOC)、總氮(TON)含量高于非根際土,電導(dǎo)率(EC)和pH低于非根際土;非根際土壤的TOC、TON含量和pH在3個(gè)地區(qū)間無(wú)顯著差異(P>0.05), EC顯著高于烏蘇地區(qū)(WS)和五家渠地區(qū)(WQ)(P<0.01)(表1), 表明艾比湖地區(qū)(EB)土壤為鹽漬化土壤,其含鹽量顯著高于非鹽漬化的WQ和WS地區(qū)。

表1 根際土壤與非根際土壤的理化性質(zhì)

不同小寫(xiě)字母表示不同地區(qū)間差異顯著性(P<0.01);*:每個(gè)重復(fù)個(gè)體的根際土樣質(zhì)量很低,無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)試需求,因此我們將每個(gè)地區(qū)的所有重復(fù)個(gè)體的根際土混合后測(cè)定,故每個(gè)參數(shù)只有1個(gè)數(shù)值,沒(méi)有誤差,也無(wú)法檢驗(yàn)根際土壤之間理化性質(zhì)的差異顯著性

2.2 微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 測(cè)序數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果

土壤樣品序列的稀釋曲線(xiàn)逐漸趨于平緩(圖1),同時(shí)測(cè)序覆蓋度0.91—0.99之間(表2),說(shuō)明測(cè)序數(shù)據(jù)量合理,基本能真實(shí)反應(yīng)土壤微生物的群落組成。

2.2.2 微生物群落多樣性

配對(duì)t檢驗(yàn)表明,根際土壤細(xì)菌群落的多樣性和豐富度高于非根際土壤(P>0.05), 然而WQ非根際細(xì)菌的多樣性和豐富度高于根際土(表2);根際真菌多樣性低于非根際土壤(P<0.05)(圖2),而豐富度無(wú)顯著差異(圖2)。細(xì)菌群落的豐富度和多樣性指數(shù)顯著高于真菌(P<0.05, 圖2)。不同地區(qū)間,細(xì)菌和真菌群落的多樣性和豐富度具有差異,WQ非根際土壤細(xì)菌和真菌多樣性均高于EB和WS;根際細(xì)菌多樣性排序?yàn)镋B>WS>WQ,根際真菌多樣性排序?yàn)閃S>EB>WQ(表2)。

圖1 基于OTU豐度的土壤樣品微生物群落的稀釋曲線(xiàn)Fig.1 Rarefaction curves of soil microbial communities based on OTU richnessEB_R:艾比湖地區(qū)黑果枸杞根際土壤,Rhizosphere soils of Lycium ruthenicum in Ebinur Lake wetland;EB_B:艾比湖地區(qū)非根際土壤,Bulk soils in Ebinur Lake wetland;WS_R:烏蘇地區(qū)黑果枸杞根際土壤,Rhizosphere soils of Lycium ruthenicum in Wusu;WS_B:艾比湖地區(qū)非根際土壤,Bulk soils in Wusu;WQ_R:五家渠地區(qū)黑果枸杞根際土壤,Rhizosphere soils of Lycium ruthenicum in Wujiaqu;WQ_B:五家渠地區(qū)非根際土壤,Bulk soils in Wujiaqu

微生物類(lèi)群Microbial group樣品編號(hào)Sample IDOTU數(shù)目OTU numberChao1指數(shù)Chao1 index香農(nóng)指數(shù)Shannon index覆蓋度Coverage細(xì)菌BacteriaEB_B4633139235.23 0.95WS_B4390131045.190.95WQ_B6518238476.170.91EB_R5462207526.25 0.94WS_R4580196195.80 0.96WQ_R4351182975.38 0.95真菌FungiEB_B30915313.71 0.99WS_B31919593.98 0.99WQ_B47814414.410.99EB_R39014522.85 0.99WS_R43315813.480.99WQ_R38018142.45 0.99

圖2 根際和非根際土壤細(xì)菌和真菌群落的多樣性和豐富度比較Fig.2 Comparison of the diversity and richness of bacterial and fungal communities in rhizosphere and bulk soils差異顯著性:ns:P>0.05;*:P<0.05;**:P<0.01;***:P<0.001

2.2.3 土壤微生物群落組成

非根際細(xì)菌群落中,優(yōu)勢(shì)類(lèi)群依次是變形菌門(mén)(Proteobacteria)(42.34%—45.58%)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)(23.12%—33.06%)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)(9.67%—17.15%)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)(2.41%—5.95%);根際土壤細(xì)菌群落中,優(yōu)勢(shì)類(lèi)群依次是變形菌門(mén)(55.9%—65.13%)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)(12.04%—15.37%)、放線(xiàn)菌門(mén)(6.38%—8.64%)、酸桿菌門(mén)(6.22%—7.89%)(圖3)。真菌群落中,子囊菌門(mén)(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(mén)(Basidiomycota)豐度最高,其中子囊菌門(mén)在非根際土中的豐度為50.86%—67.37%, 根際土中的豐度為17.92%—75.12%;擔(dān)子菌門(mén)在非根際土中的豐度為21.27%—24.98%, 根際土中的豐度為3.89%—60.48%(圖3)。

屬水平上,微小桿菌屬(Exiguobacterium)、檸檬酸桿菌屬(Citrobacter)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、芽孢桿菌屬(Bacillus)是非根際細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)屬(豐度>1%) (圖4),微小桿菌屬豐度最高(19.8%—28.86%)。曲霉屬(Aspergillus)、Penidiella、Craterocolla、Phaeosphaeria、青霉屬(Penicillium)、Meyerozyma、裂殖酵母屬(Schizosaccharomyces)、犁頭霉屬(Absidia)、Hygrocybe、毛殼菌屬(Chaetomium)是非根際真菌群落的優(yōu)勢(shì)屬(豐度>1%)(圖4)。Haliea、Gp10、Pelagibius、Microbulbifer、假單胞菌屬、Thioprofundum、Deferrisoma是3個(gè)地區(qū)黑果枸杞根際土壤細(xì)菌群落的優(yōu)勢(shì)屬 (圖4),其中Haliea的豐度最高(3.86%—11.93%)。多孢子菌屬(Pleospora)、支頂孢屬(Acremonium)、Corollospora、Cochlonema是3個(gè)地區(qū)根際土壤的真菌優(yōu)勢(shì)屬 (圖4)。

圖3 黑果枸杞根際和非根際土壤微生物門(mén)水平群落組成Fig.3 Microbial community composition at phylum rank in rhizosphere and bulk soils of Lycium ruthenicum

圖4 黑果枸杞根際和非根際土壤微生物屬水平群落組成Fig.4 Microbial community composition at genus rank in rhizosphere and bulk soils of Lycium ruthenicum

2.3 土壤微生物群落差異性分析

2.3.1 根際與非根際土壤微生物群落的差異性

相似性分析(ANOSIM)表明根際土壤與非根際土壤微生物群落之間具有很大的差異(細(xì)菌R=1,P=0.1;真菌R=0.667,P=0.1)?；贠TU的微生物群落主坐標(biāo)分析(PCoA)表明,非根際群落之間具有較高的相似性,根際群落之間具有較高的相似性,非根際樣本與根際樣本在第一軸上能明顯的區(qū)分開(kāi)(圖5)。

圖5 基于weighted unifrac距離的土壤微生物群落的主坐標(biāo)分析Fig.5 Principal co-ordinates analysis (PCoA) of microbial communities based on weighted unifrac distance Bulk: 非根際土壤, bulk soils;Rhi: 根際土壤,rhizosphere soils

根際細(xì)菌的變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度高于非根際土壤,而厚壁菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)的相對(duì)豐度則降低,尤其是厚壁菌門(mén)的豐度顯著降低(P<0.05)(圖3)。Gamma變形菌的豐度在根際土和非根際土中無(wú)顯著差異,而alpha變形菌在根際土中的豐度顯著高于非根際土(P<0.05)(表3)。真菌優(yōu)勢(shì)門(mén)豐度在根際土和非根際土中的差異因地區(qū)而異;子囊菌門(mén)在WQ和WS根際土中的豐富度低于非根際土,擔(dān)子菌門(mén)在WQ和WS根際土中的豐度升高,然而在EB則相反。屬水平上,根際細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)屬數(shù)量多于非根際土壤,非根際群落優(yōu)勢(shì)屬,如微小桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬在根際土壤中的豐度顯著降低,而低豐度的屬,如Haliea、Pelagibius、Microbulbifer、Thioprofundum、Deferrisoma在根際土壤中富集成為優(yōu)勢(shì)屬,此外,Gp10、鹽單胞菌屬(Halomonas)等屬在根際土壤的豐度也顯著升高(圖6)。真菌根際真菌群落的優(yōu)勢(shì)屬數(shù)量低于非根際土,非根際土壤的優(yōu)勢(shì)屬,如曲霉屬、犁頭霉屬、被孢霉屬、青霉屬、絲膜菌屬、Penidiella、Phaeosphaeria等在根際土壤中的豐度顯著降低甚至消失,而一些豐度較低的屬,如被孢霉屬、多孢子菌屬、Cochlonema、Corollospora在根際土壤中富集成為優(yōu)勢(shì)屬(圖6)。

表3 變形菌門(mén)中各綱的豐度/%

圖6 以不同地區(qū)間具有豐度差異屬構(gòu)建的熱度圖和聚類(lèi)關(guān)系圖Fig.6 Heatmap and cluster relationship of genera with abundance differed among different regions

2.3.2 鹽化生境與非鹽化生境間群落結(jié)構(gòu)差異

PCoA表明無(wú)論根際還是非根際土壤,非鹽化生境WS和WQ微生物群落間的相似性高于與鹽化生境EB之間的相似性(圖5)。門(mén)水平上,細(xì)菌delta變形菌和真菌子囊菌門(mén)在EB非根際土中的豐度顯著高于WS和WQ(表3)。根際土壤細(xì)菌alpha變形菌以及真菌在EB中的豐度低于WQ和WS,細(xì)菌delta變形菌、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén),以及真菌子囊菌門(mén)和接合菌門(mén)擔(dān)子菌門(mén)在EB的豐度高于WQ和WS, 然而它們的相對(duì)豐度在WQ和WS之間無(wú)明顯差異。

屬水平上,根際土壤細(xì)菌中的假單胞菌屬、Haliea、鹽單胞菌屬、Geminicoccus、Salinimicrobium、動(dòng)性球菌屬、Albidovulum等屬,以及非根際土壤細(xì)菌中的Deferrisoma、Gp10、Gillisia、Salinimicrobium、Salisaeta、鹽單胞菌屬在3個(gè)地區(qū)之間具有差異。另外,鹽化生境(EB)中根際土壤嗜鹽細(xì)菌的豐度明顯高于非鹽化生境(WQ、WS),如鹽單胞菌屬、動(dòng)性球菌屬(Planococcus)、Geminicoccu、Pelagibius、Gracilimonas、Salinimicrobium、Rubrivirga、Methylohalomonas、Thiohalobacter等(圖6)。對(duì)于真菌,EB非根際土壤中多孢子菌屬的豐度很低,而在WQ和WS為優(yōu)勢(shì)屬,且在WQ和WS的豐度基本相同;而青霉屬、曲霉屬、Meyerozyma等屬則相反。根際土壤中,小囊菌屬是EB的最優(yōu)勢(shì)屬, 而WQ和WS的最優(yōu)勢(shì)屬為Melanoleuca;此外,地孔菌屬(Geopora)、Xenobotrytis、Brachyconidiellopsis、多孢子菌屬等屬在EB的豐度顯著高于WQ和WS,這5個(gè)屬的總豐度占EB真菌總豐度的61.33%,而在WQ和WS的豐度為3.09%和3.26%,與之相反,Chaetomium、Phaeosphaeria在EB豐度顯著低于WS和WQ,而且在后兩者中的豐度相近(圖6)。

2.4 微生物群落與土壤理化因子的關(guān)系

相關(guān)性分析表明土壤TOC與TON顯著正相關(guān)(P<0.01),pH與EC正相關(guān)(P>0.05);細(xì)菌群落多樣性與土壤TOC、TON正相關(guān),與pH、EC負(fù)相關(guān);真菌群落多樣性與TOC、TON顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與EC和pH分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)(表4)。CCA結(jié)果表明TOC、TON是根際微生物群落的主要影響因子,EC、pH是非根際微生物群落的主要影響因子;EC對(duì)EB根際群落也具有重要的影響(圖7)。

表4 細(xì)菌、真菌群落多樣性與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

*:顯著性水平significance level:*P<0.05;***P<0.01

圖7 微生物群落組成與土壤理化性質(zhì)的典范對(duì)應(yīng)分析Fig.7 Canonical correspondence analysis (CCA) between microbial community composition and soil chemical properties TOC:總碳,total organic carbon;TON:總氮,total nitrogen;pH:pH值;EC:電導(dǎo)率,electrical conductivity

3 討論

非根際和根際土壤中細(xì)菌豐富度高,而真菌數(shù)量相對(duì)較少,這與土壤中微生物以細(xì)菌為主一致[21]。根際細(xì)菌多樣性高于非根際細(xì)菌,而根際真菌多樣性卻低于非根際土壤。根際土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高于非根際土壤,有利于細(xì)菌的繁殖從而豐富度和多樣性升高,相關(guān)性分析也表明細(xì)菌多樣性和組成與TOC、TON正相關(guān),與以往研究相一致[22-23];而土壤真菌多為病原菌[24],不利于植物生長(zhǎng),可能被植物根系主動(dòng)過(guò)濾,導(dǎo)致根際真菌多樣性低于非根際。

根際細(xì)菌、真菌群落組成與非根際土壤存在明顯的差異,PCoA結(jié)果也表明非根際土壤與根際微生物群落分離明顯,非根際土壤群落之間,以及根際土壤群落之間各具有較高的相似性。門(mén)水平上,根際土壤中細(xì)菌的變形菌門(mén)(alpha變形菌)、擬桿菌門(mén)、酸桿菌門(mén)的相對(duì)豐度高于非根際土壤,而厚壁菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)的相對(duì)豐度則降低,尤其是厚壁菌門(mén)的豐度顯著降低。真菌子囊菌門(mén)在WQ和WS根際土中的豐富度低于非根際土,擔(dān)子菌門(mén)在WQ和WS根際土中的豐度升高,然而在EB則呈相反的趨勢(shì)。屬水平上,根際細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)屬的組成比非根際土壤的均勻度高,根際細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)屬數(shù)量多于非根際土壤,且單個(gè)優(yōu)勢(shì)屬的豐度比非根際土的低;非根際土壤的優(yōu)勢(shì)屬,如微小桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬在根際土壤中的豐度顯著降低,而Haliea、Pelagibius、Microbulbifer、Thioprofundum、Deferrisoma在根際土壤中顯著富集成為優(yōu)勢(shì)屬。

根際與非根際菌群的差異,一方面是因?yàn)楦H土壤TOC、TON的含量高于非根際土,EC低于非根際土,利于某些特定類(lèi)群的增殖和豐度的提高。CCA結(jié)果表明根際細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)與土壤TOC和TON呈正相關(guān)關(guān)系,而非根際細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)與土壤EC和pH呈正相關(guān)關(guān)系。總體上,根際土壤細(xì)菌群落多樣性高于非根際,例外的是WQ非根際細(xì)菌多樣性和豐富度均高于根際,可能與該采樣點(diǎn)位于人工林帶內(nèi),非根際土壤的水分和養(yǎng)分含量高,利于微生物繁殖。另一方面,是植物從自身代謝和健康出發(fā),由根系主動(dòng)選擇形成的[25],gamma變形菌包含許多促植物生長(zhǎng)細(xì)菌(PGPR),如具有固氮作用的芽孢桿菌屬、固氮菌屬(Azotobacter),在生產(chǎn)和釋放植物激素[26-27]和土壤源植物病原菌(如真菌)的生物防治[28]中有重要作用。alpha變形菌包含許多植物共生固氮菌,如Rhizobium、Rickettsia;delta變形菌的一些物種,如Desulfovibrio、Geobacter、Bdellovibrio等,對(duì)土壤硫循環(huán)具有重要作用,對(duì)植物生長(zhǎng)有重要作用,因此在根際土壤中的豐富度明顯高于非根際土壤;alpha和delta變形菌的豐度升高是在根際土壤中變形菌門(mén)的豐度顯著高于非根際土的主要原因。另外,一些嗜鹽或嗜鹽堿細(xì)菌也對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,如鹽單胞菌屬、芽孢桿菌屬[5]、Microbulbifer[29]、動(dòng)性球菌屬[30],因此在根際土中的豐度高于非根際土。

子囊菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)黑果枸杞根際土壤豐度最高的兩個(gè)門(mén),也是土壤中最豐富的真菌類(lèi)群。李越鯤等[20]對(duì)青海、新疆、寧夏地區(qū)栽培的寧夏枸杞(L.barbarum)根際真菌群落的研究發(fā)現(xiàn),總體上,子囊菌門(mén)和接合菌門(mén)是豐度最高的門(mén),然而,青海格爾木地區(qū)的根際真菌豐度最高的仍為子囊菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)。球囊菌門(mén)能夠侵染大多數(shù)陸生植物根系形成菌根,增強(qiáng)植物吸收水分、養(yǎng)分、以及抵御環(huán)境脅迫的能力,本研究發(fā)現(xiàn)球囊菌門(mén)在真菌群落中的相對(duì)豐度較低,與寧夏枸杞中的結(jié)果相似。我們還發(fā)現(xiàn),真菌根際真菌群落的優(yōu)勢(shì)屬數(shù)量低于非根際土,非根際土壤的優(yōu)勢(shì)屬,如曲霉屬、犁頭霉屬、被孢霉屬、青霉屬、絲膜菌屬、Penidiella、Phaeosphaeria等在根際土壤中的豐度顯著降低甚至消失,而被孢霉屬、多孢子菌屬、Cochlonema、Corollospora等屬在根際土壤中顯著富集成為優(yōu)勢(shì)屬。

微生物群落多樣性和組成在不同生境之間的差異與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān),生境不同,根際微生物群落不同[19]。我們也發(fā)現(xiàn)微生物群落的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群(門(mén)、屬)的組成以及豐富度存在地區(qū)間差異,特別是鹽堿生境(EB)與非鹽堿生境(WQ、WS)。厚壁菌門(mén)在EB根際土中的豐度高于WQ和WS;在屬水平上,一些嗜鹽和嗜堿細(xì)菌,如鹽單胞菌屬[31]、Geminicoccu[32]、Pelagibius[33]、Gracilimonas[34]、Salinimicrobium[35]、動(dòng)性球菌屬[30]、Rubrivirga[36]、Methylohalomonas、Nitriliruptor[37]、Thiohalobacter[38]、Aliifodinibius[39]等,在鹽堿生境中根際土壤嗜鹽細(xì)菌的豐度高于非鹽堿生境;另外,這些嗜鹽細(xì)菌在根際土壤的豐度高于非根際土壤,表明EB地區(qū)根際土壤的相對(duì)高的含鹽量與營(yíng)養(yǎng)成分促進(jìn)了它們的繁殖和豐度的提高,CCA分析也表明它們與TOC、TON正相關(guān)。

PCoA結(jié)果表明含鹽量低的WQ和WS的根際土壤微生物群落的相似度高于與EB之間的相似度,CCA結(jié)果也表明EB根際細(xì)菌群落與EC也具有正相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明含鹽量對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)具有重要的影響。但是也有研究表明鹽脅迫能顯著降低根際土壤細(xì)菌群落的豐富度,例如,鹽敏感黃瓜品種根際細(xì)菌的豐富度在低鹽處理下較高,而耐鹽黃瓜品種根際細(xì)菌的豐富度在高鹽脅迫下較高[40],說(shuō)明鹽分是植物根際微生物群落的重要影響因子,然其作用效果也受植物根際效應(yīng)的制約[13]。另外,氣候條件,特別是水分和溫度,對(duì)植物生理、光合作用,根系活動(dòng)具有重要的調(diào)控作用,進(jìn)而影響根際微生物群落的組成[12, 41],可是,本研究未對(duì)水分、溫度因子進(jìn)行測(cè)量,它們對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響有待于進(jìn)一步的研究。