王 信，程 亮

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 土壤肥料研究所，青海 西寧 810016； 2.青海大學(xué) 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016； 3.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，青海 西寧 810016)

青藏高原5種類型土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異

王 信1，2，程 亮2，3，*

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 土壤肥料研究所，青海 西寧 810016； 2.青海大學(xué) 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016； 3.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，青海 西寧 810016)

于2015年8月采集青藏高原5種類型(栗鈣土、山地草甸土、黑鈣土、灰漠土和灰褐土)的15 cm土壤，采用Illumina高通量測序技術(shù)研究土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性，并結(jié)合土壤因子對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，土壤類型中有機(jī)碳和總氮含量的大小排序?yàn)槔踱}土>山地草甸土>黑鈣土>灰漠土>灰褐土，樣地海拔與土壤養(yǎng)分的積累量沒有相關(guān)性。土壤細(xì)菌群落相對豐度在5%以上的優(yōu)勢類群包括變形菌門、放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、綠彎菌門和厚壁菌門6大類。栗鈣土和山地草甸土土壤細(xì)菌α多樣性(物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性)顯著(P<0.05)高于其他土壤類型；灰漠土細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性顯著(P<0.05)低于其他類型?；液滞良?xì)菌物種豐富度最低。典范對應(yīng)分析和Pearson相關(guān)性分析表明，土壤含水量、鉀含量、有機(jī)碳和總氮含量是土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和α多樣性的主要影響因子。

土壤類型；土壤細(xì)菌群落；高通量測序

土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在土壤的形成與發(fā)育、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化、生態(tài)系統(tǒng)平衡、土壤環(huán)境凈化與生物修復(fù)等方面均起著重要的作用[1-2]。其中，土壤微生物群落多樣性是生態(tài)系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容之一[3]。長期以來，傳統(tǒng)的微生物學(xué)方法無法真實(shí)、全面地反映土壤微生物的群落多樣性[4]。新一代高通量測序技術(shù)在整體水平上破譯了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，并具有成本低、高通量和覆蓋深度高等特點(diǎn)，有望發(fā)展成為研究土壤微生物多樣性的常規(guī)手段[5]。采用新一代高通量測序技術(shù)，揭示土壤微生物群落變化規(guī)律及其與生境的相互關(guān)系，可為土壤生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化管理和可持續(xù)利用提供理論基礎(chǔ)，具有重要的研究意義[6]。

青藏高原是中國最大、世界海拔最高的高原，平均海拔4 000～5 000 m，在漫長的地質(zhì)發(fā)育和自然演替過程中，青藏高原不僅形成了特殊的高寒草原和草甸生態(tài)系統(tǒng)，還包括沙漠、濕地及多種森林類型的自然生態(tài)系統(tǒng)。這些特殊的地理環(huán)境蘊(yùn)含著豐富的微生物資源，是寶貴的生物種質(zhì)資源庫。鑒于此，近些年來，針對青藏高原這一特殊地理環(huán)境下微生物多樣性的研究越來越多，其研究方向主要集中于冰川雪冰微生物與環(huán)境因素的關(guān)系[7]、凍土區(qū)可培養(yǎng)微生物與土壤性質(zhì)的關(guān)系[8]、高寒草甸不同植被特征下土壤微生物的差異性[9-11]等方面，但涉及青藏高原不同類型土壤微生物變化特征的研究還比較少。本研究在青藏高原青海境內(nèi)選取栗鈣土、山地草甸土、黑鈣土、灰漠土和灰褐土等5種土壤類型為研究對象，采用MiSeq 250PE高通量測序方法，對土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行研究，試圖回答如下2個(gè)問題：(1)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在5種土壤類型上的差異；(2)調(diào)控5種土壤類型細(xì)菌群落和多樣性的土壤因子是什么。旨在初步揭示青海高原生態(tài)系統(tǒng)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性在不同土壤類型上的差異及變化規(guī)律，為青海高原微生物多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地設(shè)置和取樣方法

選擇青藏高原青海境內(nèi)5個(gè)類型土壤作為研究對象，樣品來自15個(gè)樣地，每個(gè)樣地分別設(shè)置3個(gè)10 cm×10 cm樣方為重復(fù)，每個(gè)樣方間隔約10 m，在每個(gè)樣方內(nèi)用直徑4.5 cm取土器采集表層15 cm深的土樣，混合后取約1 000 g分別裝入自封袋并做標(biāo)記。土樣去掉土壤上層的枯枝落葉、石塊和根系等雜物后，保存于4 ℃冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室，然后過2 mm的篩子，樣品分裝2份：1份置于4 ℃冰箱用于測定土壤的理化性質(zhì)，另1份置于-70 ℃低溫冰箱用于土壤DNA基因組提取。采樣時(shí)間為2015年8月。

1.2 測定方法

1.2.1 土壤主要理化性質(zhì)測定

土壤pH值采用電位法測定；土壤含水量(soil moisture，SM)采用烘干法測定；土壤有機(jī)碳(total organic carbon，TOC)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；總氮(total nitrogen，TN)采用半微量凱氏定氮法測定；總磷(total phosphorus，TP)采用高氯酸浸提—鉬銻抗比色法測定[12]；土壤鉀用醋酸浸提—火焰光度法測定；土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon，MBC)、土壤微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen，MBN)采用氯仿熏蒸培養(yǎng)法測定[13-14]。

1.2.2 土壤DNA基因組提取和測序

將每個(gè)樣點(diǎn)的土壤樣品解凍、混勻后，各取2份等量(0.5 g)的樣品進(jìn)行DNA提取。這2份樣品在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中相互獨(dú)立，為2份重復(fù)，以便檢驗(yàn)測序結(jié)果的一致性。樣品使用OMEGA Soil DNA Kit(Qiagen Inc.， USA)試劑盒提取DNA，使用Nano Drop 2000(Thermo Scientific Inc.，USA)測定DNA的濃度和純度。利用引物319F(ACTCCTACGGAGGCAGCAG)與806R(GGACTACHVGGGTWTCTAAT)擴(kuò)增其V3-V4區(qū)基因片段。修飾后的引物含有不同的Barcode以區(qū)分不同的樣品。PCR反應(yīng)體系為25 μL∶2 μL DNA樣品，0.125 μL ExTaq酶，2.5 μL 10×ExTaqBuffer，2 μL dNTPs，引物各1 μL，添加適量無菌水使體系達(dá)25 μL。PCR反應(yīng)擴(kuò)增條件為：94 ℃，5 min；96 ℃，30 s，55 ℃，30 s，72 ℃，60 s，循環(huán)34次；72 ℃，10 min。獲得的PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖電泳，使用瓊脂糖回收試劑盒(cat∶SK8131)回收，回收產(chǎn)物用Qubit 2.0 定量混勻，送往Macrogen Inc.(Seoul，Korea)llumina Miseq 250PE平臺測序。

1.2.3 生物信息分析與數(shù)據(jù)處理

根據(jù)Barcode序列拆分各樣品數(shù)據(jù)，然后截取Barcode和引物的序列使用FLASH軟件進(jìn)行拼接；高通量序列數(shù)據(jù)使用QIIME進(jìn)行處理；運(yùn)用CD-HIT-OTU軟件對全部有效序列進(jìn)行聚類，默認(rèn)以97%序列相似性對序列聚類，獲得操作分類單元(operational taxonomic units，OTUs)，從每個(gè)OTUs選取1個(gè)代表序列，以Greengenes數(shù)據(jù)庫為參考，使用RDP Classifier對OUT物種進(jìn)行注釋。通過計(jì)算物種豐富度(OTUs)和系統(tǒng)發(fā)育多樣性Faith′s指數(shù)(Faith′s phylogenetic diversity)來表示土壤細(xì)菌群落的α多樣性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，采用SPSS 16.0和R軟件的數(shù)據(jù)包VEGAN進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方法比較不同土壤類型理化性質(zhì)、優(yōu)勢細(xì)菌群落和土壤細(xì)菌α多樣性指數(shù)的差異性。利用Pearson系數(shù)分析土壤因子和土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的相關(guān)性。利用Canoco 5.0進(jìn)行微生物群落結(jié)構(gòu)的CCA分析。相關(guān)圖件的制作在SPSS 16.0和Excel 2007中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)

5種土壤類型采集樣地的理化性質(zhì)見表1。土壤pH值7.99～8.31，偏堿性，變異幅度較窄。土壤有機(jī)碳和總氮含量的變化范圍分別介于4.65～10.24 g·kg-1和0.6～1.4 g·kg-1之間。從土壤類型來看，山地草甸土、灰褐土和黑鈣土分布區(qū)域由于地表植被較豐富，覆蓋度高，土壤含水量和養(yǎng)分積累量較高，而灰漠土由于處于干旱漠境邊緣，地表植被覆蓋度幾乎為零，土壤含水量和土壤養(yǎng)分積累量低于其他4種土壤類型。土壤鉀含量(r=0.582，P=0.011)與土壤含水量存在明顯的正相關(guān)性，土壤有機(jī)碳和總氮(r=0.566，P=0.014)以及土壤鉀含量(r=0.543，P=0.020)之間存在明顯的正相關(guān)性，然而，土壤pH值與土壤磷含量(r=-0.667，P<0.01)之間存在明顯的負(fù)相關(guān)性(表2)。

2.2土壤微生物生物量碳、氮變化特征

如圖1所示，5種類型土壤微生物生物量碳的大小順序?yàn)槔踱}土>黑鈣土>山地草甸土>灰漠土>灰褐土，栗鈣土的平均微生物生物量碳為1 023.68 mg·kg-1，顯著(P<0.05)大于灰漠土和灰褐土。灰漠土和灰褐土的平均微生物生物量碳含量差異不顯著(P>0.05)。5種類型土壤微生物生物量氮的大小為栗鈣土>灰褐土>黑鈣土>山地草甸土>灰漠土，其中栗鈣土與灰漠土差異顯著(P<0.05)。

2.3土壤細(xì)菌群落優(yōu)勢菌群差異

高通量測序結(jié)果顯示，所有樣品一共獲得1 463 157條有效序列，其中序列最少的為67 819 條，最多的為98 766 條(平均序列條數(shù)是81 287條)。這些序列中的99.1%可以比對到不同的細(xì)菌門類，0.9%可比對分類到古菌門類。從圖2可以看出，5種類型土壤細(xì)菌優(yōu)勢門類包括變形菌門(Proteobacteria)(35.13%)、放線菌門(Actinobacteria)(21.30%)、酸桿菌門(Acidobacteria)(12.47%)、擬桿菌門(Bacteroidetes)(7.26%)、綠彎菌門(Chloroflexi)(6.34%)和厚壁菌門(Firmicutes)(5.74%)，它們的平均相對豐度均大于5%，合計(jì)占了總序列的88.24%；芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、浮霉菌門(Planctomycetes)和疣微菌門(Verrucomicrobia)的平均相對豐度大于1%但低于5%。此外，還發(fā)現(xiàn)了相對豐度小于1%的裝甲菌門(Armatimonadetes)、綠菌門(Chlorobi)、藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)、迷蹤菌門(Elusimicrobia)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)，它們合計(jì)占總序列的比例為5.74%。

表1土壤樣品的基本理化性質(zhì)

Table1Physical and chemical characteristics of 15 soil samples

土壤類型SoiltypeSM/%pHTOC/(g·kg-1)TN/(g·kg-1)P/(g·kg-1)K/(g·kg-1)栗鈣土Castanozeras29.42±2.07b8.14±0.04ab10.24±0.48a1.4±0.01a0.16±0.01b2.43±0.03a山地草甸土Mountainmeadowsoils38.68±0.59a8.20±0.02ab8.03±0.39b0.9±0.01ab0.18±0.01b2.54±0.04a黑鈣土Chernozems34.04±0.84ab8.31±0.01a8.61±0.75ab1.0±0.01ab0.17±0.01b2.52±0.01a灰漠土Graydesertsoils12.71±1.16c8.04±0.09ab4.79±0.77c0.6±0.01b0.19±0.02b2.19±0.01b灰褐土Gray-cinnamonsoils39.01±1.62a7.99±0.09b4.65±0.65c1.2±0.01a0.39±0.04a2.38±0.03a

同列數(shù)據(jù)后無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。

Data within the same column followed by no same letters indicated significant difference atP<0.05.

表2采集樣地土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性分析

Table2Pearson correlations (r) among soil and site characteristics

指標(biāo)Index海拔ElevationpHTOCTNPKpH-0.088TOC-0.4240.127TN-0.394-0.2810.566aP0.291-0.667*-0.3060.256K0.1340.2970.543*0.245-0.200SM0.3460.3690.252-0.0570.0040.582*

*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)。下同。

* indicated significant (P<0.05) correlation. The same as below.

柱上無相同小寫字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)Bars marked without the same letters indicated significant differences at P<0.05.圖1 土壤微生物生物量碳氮Fig.1 Soil microbial biomass carbon and nitrogen of different soil types

圖2 土壤細(xì)菌優(yōu)勢門類的相對豐度Fig.2 Relative abundance of dominant bacterial phylum in soil separated according to morphological feather types

對相對豐度大于5%的細(xì)菌門類進(jìn)行分析。從圖3可以看出，山地草甸土壤中變形菌門的相對豐度顯著(P<0.05)高于其他土壤類型；灰漠土壤中放線菌門的相對豐度顯著(P<0.05)高于其他土壤類型，但酸桿菌門的相對豐度顯著(P<0.05)低于其他土壤類型。

2.4土壤理化性質(zhì)與土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

利用R語言bioENV篩選出最能體現(xiàn)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的6個(gè)土壤因子，將經(jīng)過篩選的土壤理化因子與細(xì)菌群落多樣性進(jìn)行典型相關(guān)分析(canonical correspondence analysis, CCA)，CCA二維排序圖(圖4)可以直觀地給出研究對象與環(huán)境變量之間的關(guān)系，不同的環(huán)境因子對不同類型土壤細(xì)菌的多樣性有明顯的影響。山地草甸土壤細(xì)菌群落主要處于土壤含水量和有機(jī)碳含量較高區(qū)域，說明該類型土壤細(xì)菌的多樣性受土壤含水量和有機(jī)碳含量的影響較大；灰漠土壤細(xì)菌群落主要聚類于土壤含鹽量較高的區(qū)域，說明該類型土壤細(xì)菌的多樣性受鹽含量的影響較大。另外，從圖4還可以看出，最長的射線所代表的土壤含水量對樣地土壤微生物多樣性有效程度影響最大。另外，兩兩環(huán)境因子之間存在以下關(guān)系：土壤含水量和土壤有機(jī)碳、鉀含量以及總氮呈正相關(guān)，與pH呈負(fù)相關(guān)；土壤有機(jī)碳與鉀含量呈正相關(guān)，與pH呈負(fù)相關(guān)；總氮含量與pH呈負(fù)相關(guān)。

圖3 土壤優(yōu)勢細(xì)菌菌群在不同土壤類型上的相對豐度差異Fig.3 Relative abundance of soil dominant bacterial phylum in different soil types

2.5土壤細(xì)菌的多樣性及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

CA，栗鈣土；MMS，山地草甸土；CH，黑鈣土；GDS，灰漠土；GCS，灰褐土CA，Castanozeras； MMS，Mountain meadow soils； CH，Chernozems； GDS，Gray desert soils； GCS，Gray-cinnamon soils圖4 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)的典型相關(guān)分析Fig.4 Canonical correspondence analysis (CCA) of the soil bacterial communities and associated soil properties

由圖5可知，5種類型土壤的細(xì)菌物種豐富度在11 402.33～25 751.33之間，系統(tǒng)發(fā)育多樣性變化范圍為91.42～241.57。山地草甸土和栗鈣土細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性值最高，而灰漠土和灰褐土細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性值最低。灰漠土細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育多樣性顯著(P<0.05)低于其他土壤類型。

為探討土壤細(xì)菌α多樣性與土壤因子的關(guān)系，對土壤細(xì)菌α多樣性(物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性)與土壤pH、含水量、有機(jī)碳等6個(gè)土壤因子做相關(guān)性分析。如表3所示：土壤含水量、土壤鉀含量、有機(jī)碳含量、總氮含量與細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性有極強(qiáng)的相關(guān)性(P<0.05)。土壤含水量與細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.578和-0.475；土壤鉀含量與細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.529和-0.558；土壤有機(jī)碳和總氮含量與細(xì)菌物種豐富度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.547和0.499，與系統(tǒng)發(fā)育多樣性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.548和-0.529；其他土壤因子與細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性的相關(guān)性未達(dá)顯著性水平(P>0.05)。

圖5 不同類型土壤細(xì)菌物種豐富度和系統(tǒng)發(fā)育多樣性指數(shù)Fig.5 Phylotype richness and phylogenetic diversity of soil bacteria in different soil types

表3土壤細(xì)菌α多樣性與理化性質(zhì)的相關(guān)性

Table3Pearson correlations between bacterial alpha diversity and soil physicochemical properties

變量Variables物種豐富度OTUs系統(tǒng)發(fā)育多樣性PhylogeneticdiversitypH-0.3270.241TOC0.547*-0.548*TN0.499*-0.529*P0.084-0.391K-0.529*-0.558*SM-0.578*-0.475*

3 討論

青藏高原生態(tài)系統(tǒng)是全球變化的敏感區(qū)域，土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)中對環(huán)境變化最敏感的類群，研究土壤微生物多樣性及其影響因素，將有助于預(yù)測全球環(huán)境變化對土壤微生物的影響及其響應(yīng)，有助于深化人們對陸地生態(tài)系統(tǒng)管理和功能調(diào)控的認(rèn)識。土壤微生物生物量雖然約占不到有機(jī)質(zhì)的5%，卻是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力，能靈敏地反映環(huán)境因子的變化[15-16]。栗鈣土、山地草甸土和黑鈣土平均微生物生物量碳、氮大于灰漠土，這可能與土壤的含水量較高和植被豐富度高有關(guān)，因?yàn)橥寥浪质钦{(diào)節(jié)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因子[17]。同時(shí)，土壤植被豐富度的差異反映了不同植物群落歸還土壤植物殘?bào)w數(shù)量和質(zhì)量的不同，這可能也是造成土壤微生物生物量碳、氮差異的主要原因之一[18]。本研究中土壤有機(jī)碳含量的大小排列順序?yàn)槔踱}土>黑鈣土>山地草甸土>灰漠土>灰褐土，與土壤微生物生物量碳排序一致。

土壤是微生物生長的基礎(chǔ)，其理化性質(zhì)決定著微生物群落類型的分布，同時(shí)，微生物群落又反作用于土壤，逐步改善其生境條件，使微生物群落得以發(fā)展。本研究中，5種類型土壤的理化性質(zhì)變化很大，例如栗鈣土和山地草甸土有機(jī)碳和總氮含量高，原因是這2種類型土壤的植物地上部分的凋落物含量相對穩(wěn)定。此外，土壤養(yǎng)分之間存在很大的相關(guān)性，但海拔與土壤養(yǎng)分之間沒有相關(guān)性，土壤pH值只是與磷含量存在負(fù)相關(guān)。

土壤細(xì)菌是土壤微生物的主要組成部分，絕大多數(shù)土壤優(yōu)勢細(xì)菌種類基本相同，主要包括10個(gè)左右的細(xì)菌類群[19-20]。Guan等[10]在分析青藏高原耕作田、高寒草甸和咸水湖3個(gè)主要生態(tài)系統(tǒng)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，主要優(yōu)勢菌群為變形菌門、放線菌門、擬桿菌門、酸桿菌門和疣微菌門等5個(gè)門類。Chu等[21]在青藏高原西北部研究表層土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，放線菌門、α-變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和芽單胞菌門等5大門類為研究區(qū)的優(yōu)勢類群；Yuan等[22]在念青唐古拉南面沿海拔梯度取樣研究高山草原土壤細(xì)菌群落時(shí)發(fā)現(xiàn)，酸桿菌門、變形菌門、芽單胞菌門為研究范圍內(nèi)最主要的3個(gè)細(xì)菌門類。

本研究的5種土壤類型中優(yōu)勢菌群包括變形菌門、放線菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、綠彎菌門和厚壁菌門等6大門類，與其他研究相比，綠彎菌門和厚壁菌門相對豐度較高，這可能與這2個(gè)菌門更能適應(yīng)青藏高原干冷的土壤環(huán)境和有限的土壤養(yǎng)分有關(guān)。放線菌門在灰漠土上的相對豐度顯著高于其他土壤類型，這可能是因?yàn)榉啪€菌最適生長于土壤pH值偏堿性的環(huán)境，而灰漠土土壤pH值相對其他土壤類型更高些，而含水量又低于其他土壤類型，因此更適宜放線菌的生長。相反，酸桿菌門在灰漠土上的相對豐度顯著低于其他土壤類型，因其更適宜在偏酸性和含水量高的土壤環(huán)境中生長。

本研究中5種類型土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和α多樣性與土壤含水量、鉀含量、有機(jī)碳和總氮顯著(P<0.05)相關(guān)。土壤含水量、有機(jī)碳和總氮是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的主要因子。Zhang等[23]采用高通量測序分析發(fā)現(xiàn)，土壤含水量和碳氮比是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要因素；Shen等[20]在高寒苔原小尺度海拔梯度研究中發(fā)現(xiàn)，土壤碳和氮是影響土壤細(xì)菌海拔梯度分布的關(guān)鍵環(huán)境因素，并強(qiáng)調(diào)土壤含水量與土壤細(xì)菌豐度和多樣性密切相關(guān)；Chu等[21]在對青藏高原西北部大尺度研究表層和亞表層土壤細(xì)菌群落分布時(shí)發(fā)現(xiàn)，總碳和碳氮比是青藏高原微生物生物地理分布的主要影響因子；Tao等[24]在研究不同綠肥覆蓋對玉米田土壤細(xì)菌群落的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤pH、氮和鉀是影響細(xì)菌群落形成和玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵環(huán)境因素。這些研究與本研究結(jié)論一致。同時(shí)，土壤pH值是影響土壤細(xì)菌群落分布最主要的因子之一。Fierer等[25]利用末端限制性片段長度多態(tài)性分析了美洲大陸從北到南土壤細(xì)菌群落多樣性和生物地理分布模式，發(fā)現(xiàn)土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性與土壤pH值相關(guān)；Liu等[19]利用454高通量測序技術(shù)分析了東北黑土壤的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，發(fā)現(xiàn)土壤總碳和pH值是影響細(xì)菌群落分布的主要影響因子，但pH值的影響作用大于總碳。這與本研究的結(jié)論不一致。

本研究利用Illumina高通量測序技術(shù)對青藏高原5種典型土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行了研究，得到了一些初步的結(jié)論。未來的研究還應(yīng)圍繞土壤微生物群落之間的相互作用和微生物功能基因多樣性等方面開展，以更深入地揭示青藏高原生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成及其對氣候變化的響應(yīng)。

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(責(zé)任編輯高 峻)

SoilbacterialcommunitycompositionanddiversityoffivesoiltypesinQinghai-TibetanPlateau

WANG Xin1，2， CHENG Liang2，3，*

(1.InstituteofSoilandFertilizer，QinghaiAcademyofAgricultureandForestrySciences，QinghaiUniversity，Xi’ning810016，China; 2.StateKeyLaboratoryofPlateauEcologyandAgriculture，QinghaiUniversity，Xi’ning810016，China; 3.InstituteofPlantProtection，QinghaiAcademyofAgricultureandForestrySciences，QinghaiUniversity，Xi’ning810016，China)

In August 2015， soil bacterial diversity under five soil types (Castanozeras， mountain meadow soil， chernozems， gray desert soil， gray-cinnamon soil) was measured using Illumina high-throughput sequencing. It was shown that soil total organic carbon and total nitrogen varied in the order of castanozeras>mountain meadow soils>chernozems>gray desert soils>gray-cinnamon soils. There was no correlation between soil nutrient accumulation and the elevation of the sampling sites. The dominant phyla across all the soils were Proteobacteria， Actinobacteria， Acidobacteri， Bacteroidetes， Chloroflexi and Firmicutes. The bacteria diversity (species richness and phylogenetic diversity) of castanozeras and mountain meadow soils was significantly (P<0.05) higher than that of other soil types. Phylogenetic diversity in gray desert soil was significantly (P<0.05) lower than that of other soil types. The lowest phylotype richness was observed in gray-cinnamon soil. The results of the canonical correspondence and Pearson correlation analysis showed that soil moisture content， and contents of potassium， total organic carbon and total nitrogen were the main factors that affected the soil bacterial community composition and alpha diversity in these five soil types.

soil type; soil bacterial community; high-throughput sequencing

王信，程亮. 青藏高原5種類型土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，29(11)： 1882-1889.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.11.15

2017-05-05

青海省科技計(jì)劃項(xiàng)目基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2015-ZJ-705)；青海大學(xué)中青年科研基金項(xiàng)目(2015-QNY-2, 2014-QNY-7)

王信(1975—)，女，河南商丘人，碩士，副研究員，主要從事微生物資源利用研究工作。E-mail: wangx710@163.com

*通信作者，程亮，E-mail: liangcheng1979@163.com

S154.36；Q938.1

A

1004-1524(2017)11-1882-08