李媛媛，徐婷婷，艾喆，周兆娜，馬飛

（1. 寧夏大學(xué)西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，寧夏 銀川 750021；2. 寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，寧夏 銀川 750021；3. 寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，寧夏 銀川 750021；4. 寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

土壤細(xì)菌是土壤微生物的重要組成部分，在土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換、吸收、有機(jī)質(zhì)分解和腐殖質(zhì)形成等過(guò)程中扮演著重要角色［1］。根際是植物與微生物相互作用的場(chǎng)所，植物可通過(guò)根系分泌物改變根際土壤屬性，影響微生物多樣性和群落組成［2］。同時(shí)，根際土壤微生物能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)及應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫，如根際促生細(xì)菌和菌根真菌的協(xié)同作用，對(duì)植物抗逆性發(fā)揮積極作用［3］。在我國(guó)北方半干旱地區(qū)，水分和養(yǎng)分是限制植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)境因子，其變化不僅影響植物形態(tài)和生理特征，對(duì)土壤微生物多樣性和群落組成具有重要影響。已有研究表明，土壤pH、水分及養(yǎng)分含量［4-6］能夠明顯影響根際土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)。因而，探究半干旱地區(qū)植物根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的地理變異特征及其影響因素，對(duì)于深入理解植物適應(yīng)干旱環(huán)境機(jī)理具有重要意義。

植物功能性狀是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中與環(huán)境相互作用形成的適應(yīng)特征［7］，如植物通過(guò)增加植株高度以獲取更多光能，葉片大小直接影響植物對(duì)光截取和碳獲取能力［8］，比葉面積與植物的光攔截效率和碳獲取策略有關(guān)［9］，葉片碳、氮、磷對(duì)植物生長(zhǎng)及其生理機(jī)能調(diào)節(jié)具有重要作用，其含量變化與比值能夠揭示植物的養(yǎng)分利用策略［10］。植物功能性狀與土壤過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系密切，在一定程度上能夠指示生態(tài)系統(tǒng)功能的變化［11］，建立植物功能性狀與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以深入理解植物功能性狀適應(yīng)環(huán)境的變化規(guī)律［12］。雖然已有學(xué)者關(guān)注兩者的關(guān)系，但是研究結(jié)果并不一致，如Delgado-Baquerizo 等［13］和Wang 等［14］研究表明植物功能性狀與土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)存在明顯的相關(guān)性，而Leff 等［15］研究則認(rèn)為植物功能性狀與土壤微生物群落多樣性聯(lián)系微弱。因而，植物功能性狀與根際土壤微生物群落多樣性的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

錦雞兒屬（Caragana）隸屬豆科，多年生落葉灌木，主要分布在我國(guó)東北、華北及西北等草原和干旱荒漠區(qū)，因其根系發(fā)達(dá)，抗旱、耐貧瘠，具根瘤，能有效改善土壤養(yǎng)分情況，已逐漸成為我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)植被恢復(fù)、防風(fēng)固沙和水土保持的先鋒樹種，同時(shí)也是優(yōu)良的飼料牧草，生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值突出［16］。因而，近年來(lái)學(xué)者對(duì)錦雞兒屬植物的解剖形態(tài)、生理生態(tài)特征及遺傳多樣性等方面進(jìn)行了廣泛研究［16-18］。雖然關(guān)于該屬植物根際土壤微生物群落多樣性及其與環(huán)境變化的關(guān)系已有報(bào)道，如Na 等［4，19］研究了錦雞兒屬植物根際土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的變化特征，發(fā)現(xiàn)不同生境下錦雞兒屬植物根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異，且在干旱和半干旱地區(qū)，土壤屬性，特別是土壤pH 對(duì)根際土壤細(xì)菌群落多樣性的構(gòu)建起著關(guān)鍵作用。盡管如此，錦雞兒屬植物根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀的關(guān)系卻鮮見(jiàn)報(bào)道，而這些研究對(duì)于理解該屬植物適應(yīng)干旱環(huán)境具有重要意義。因此，本研究以錦雞兒屬替代分布的近緣種-中間錦雞兒（Caragana liouana）和小葉錦雞兒（Caragana microphylla）為研究對(duì)象，通過(guò)分析2 種錦雞兒不同地理種群根際土壤細(xì)菌多樣性與群落結(jié)構(gòu)變化特征及物種間差異，研究根際土壤細(xì)菌群落多樣性與植物功能性狀的關(guān)系，為探討錦雞兒屬植物適應(yīng)干旱環(huán)境微生物學(xué)機(jī)制提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為荒漠植物土壤微生物多樣性的研究、保護(hù)和開發(fā)提供相關(guān)的基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)

研究區(qū)位于我國(guó)北方半干旱地區(qū)（37°49′-43°38′N，107°27′-122°17′E），中部和西部屬于溫帶大陸性氣候，東部屬于溫帶季風(fēng)氣候，氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均降水量249~417 mm，年均氣溫變化范圍為1.8~8.5 ℃。伴生種有沙蒿（Artemisia desertorum）、狗尾草（Setaria viridis）、老瓜頭（Cynanchum komarovii）和豬毛蒿（Artemisia scoparia）等。具體樣點(diǎn)信息見(jiàn)表1。

1.2 土壤樣本采集

于2018 年8 月采集中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤樣點(diǎn)共計(jì)21 個(gè)，其中，中間錦雞兒11 個(gè)，小葉錦雞兒10 個(gè)。每個(gè)采樣點(diǎn)選擇3 塊20 m×20 m 的樣方，各樣方之間距離至少20 m。在每個(gè)樣方內(nèi)選擇4 株長(zhǎng)勢(shì)一致的植物，每株間隔5 m 以上以減少親緣關(guān)系的影響，挖取植株根，使用無(wú)菌剪刀剪下直徑小于2 mm 的根，抖去浮土，轉(zhuǎn)至5 mL 無(wú)菌離心管中，每個(gè)樣方內(nèi)所取得的根混合成1 個(gè)樣本，即每個(gè)采樣點(diǎn)3 個(gè)重復(fù)，共計(jì)63 個(gè)根樣，置于液氮中備用［4］。向盛有新鮮根樣的離心管內(nèi)加入2.5 mL 無(wú)菌0.9% NaCl，4 ℃下，12377.30 r·min-1離心10 min，棄去上清液，收集離心管底部根際土壤，此步重復(fù)3 次［4］。

1.3 植物樣品采集與測(cè)定

在每個(gè)樣方內(nèi)，取根際土壤樣本時(shí)，同時(shí)測(cè)定每株植物的株高（plant height，pheight）、冠幅（crown width，CW）。選取植株向陽(yáng)中上部5 片健康、完全伸展的葉片，利用游標(biāo)卡尺（91511，世達(dá)，中國(guó)上海）分別測(cè)量葉長(zhǎng)（leaf length，LL）和葉寬（leaf width，LW），采用厚度儀（64200，麥德斯，中國(guó)上海）測(cè)量葉厚度（leaf thickness，LT），然后將葉片放入蒸餾水中浸泡24 h，取出后用吸水紙將表面水分吸干，測(cè)其飽和鮮重。利用掃描儀（CanoScan LiDE110，中國(guó)北京）和Image J 軟件掃描計(jì)算葉面積，置于烘箱內(nèi)65 ℃烘48 h 至恒重，稱干重。根據(jù)測(cè)量結(jié)果分別計(jì)算出葉干物質(zhì)含量（leaf dry matter content，LDMC）=葉干重/葉飽和鮮重，比葉面積（specific leaf area，SLA）=平均葉面積/平均葉干重。葉片碳含量（leaf carbon content，LC）和葉片氮含量（leaf nitrogen content，LN）采用元素分析儀（Elementar Vario Micro cube，德國(guó)）測(cè)定，葉片磷含量（leaf phosphorus content，LP）采用鉬銻抗比色法測(cè)定［20］。

1.4 土壤細(xì)菌DNA 提取、PCR 擴(kuò)增和測(cè)序

采用中國(guó)Magen 公司HiPure Soil DNA Kit 試劑盒提取土壤樣本DNA，方法參考試劑盒操作說(shuō)明。使用Qubit? dsDNA HS Assay Kit 檢測(cè)樣品DNA 濃度。采用16S rDNA 的CCTACGGRRBGCASCAGKVRVGAAT和引物GGACTACNVGGGTWTCTAATCC 對(duì)V3+V4 可變區(qū)進(jìn)行PCR 擴(kuò)增。PCR 擴(kuò)增反應(yīng)體系和條件參照文獻(xiàn)［21］，將PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物用1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。由金唯智生物科技有限公司進(jìn)行后續(xù)樣品的測(cè)序。

1.5 數(shù)據(jù)處理

雙向測(cè)序得到的正反向reads 首先進(jìn)行兩兩組裝連接，過(guò)濾拼接結(jié)果中含有N 的序列，保留序列長(zhǎng)度大于200 bp 的序列。使用CUTADAPT v1.9.1 軟件對(duì)原始序列進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾，得到高質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)UCHIME v4.2軟件去除嵌合體序列，得到最終有效數(shù)據(jù)。使用VSEARCH v1.9.6 軟件對(duì)序列數(shù)據(jù)在97%的相似度水平進(jìn)行聚類。利用RDP classifier 對(duì)分類操作單元(operational taxonomic units,OTU)的代表序列進(jìn)行物種分類學(xué)分析。采用QIIME 軟件計(jì)算菌群多樣性指數(shù)。利用SPSS 22.0 進(jìn)行單因素方差分析，分析2 種錦雞兒不同地理種群植物功能性狀差異及土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群相對(duì)豐度差異；采用Pearson 進(jìn)行植物功能性狀與土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)門的相關(guān)性分析。利用R（v.3.4.3）繪制土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)屬結(jié)構(gòu)熱圖；采用Vegan 數(shù)據(jù)包進(jìn)行細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主坐標(biāo)分析（principal coordinate analysis，PCoA）；利用相似性分析（analysis of similarities，ANOSIM）表征2 種植物根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異性；使用Mantel test 分析方法計(jì)算土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀的相關(guān)性。采用Canoco 5.0 進(jìn)行植物功能性狀與土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的冗余分析（redundancy analysis，RDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 中間錦雞兒和小葉錦雞兒植物功能性狀特征分析

由表2 可知，中間錦雞兒不同地理種群的葉長(zhǎng)均值為10.54 mm（8.95~11.85 mm），葉寬均值為5.41 mm（4.46~6.06 mm），葉厚度均值為0.25 mm（0.21~0.27 mm），株高均值為174.66 cm（142.58~202.25 cm），冠幅均值為247.42 cm2（199.67~247.42 cm2），比葉面積均值為142.38 cm2·g-1（118.44~172.18 cm2·g-1），葉干物質(zhì)含量均值為0.29 mg·g-1（0.25~0.34 mg·g-1），葉片碳含量均值為453.83 mg·g-1（447.81~460.63 mg·g-1），葉片氮含量均值為39.92 mg·g-1（31.50~44.33 mg·g-1）和葉片磷含量均值為3.02 mg·g-1（2.12~3.73 mg·g-1）。不同地理種群間葉長(zhǎng)、葉寬、葉厚度、株高、冠幅、比葉面積、葉干物質(zhì)含量、葉片氮含量和葉片磷含量的差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。

表2 中間錦雞兒和小葉錦雞兒不同地理種群植物功能性狀Table 2 The plant functional traits of C.liouana and C.microphylla across different geographical populations

小葉錦雞兒不同地理種群的葉長(zhǎng)均值為9.01 mm（8.06~9.57 mm），葉寬均值為5.52 mm（4.49~6.29 mm），葉厚度均值為0.24 mm（0.23~0.25 mm），株高均值為102.85 cm（33.00~191.83 cm），冠幅均值為237.77 cm2（136.58~325.13 cm2），比葉面積均值為147.88 cm2·g-1（113.16~187.02 cm2·g-1），葉干物質(zhì)含量均值為0.32 mg·g-1（0.26~0.36 mg·g-1），葉片碳含量均值為450.85 mg·g-1（437.79~458.55 mg·g-1），葉片氮含量均值為40.63 mg·g-1（30.93~50.57 mg·g-1）和葉片磷含量均值為2.85 mg·g-1（2.37~3.47 mg·g-1），且葉長(zhǎng)、葉寬、葉厚度、株高、冠幅、比葉面積、葉干物質(zhì)含量、葉片碳含量和葉片氮含量在不同地理種群間差異均達(dá)到顯著水平（P<0.01）。

2.2 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌多樣性

通過(guò)Illumina HiSeq 高通量測(cè)序，共得到有效序列5185117 條，質(zhì)量過(guò)濾和去除嵌合體后得到4457344 條優(yōu)質(zhì)序列，聚類共得到1536 個(gè)OTUs。各樣品文庫(kù)的覆蓋度均在99.4%以上，說(shuō)明測(cè)序數(shù)據(jù)合理，能夠真實(shí)反映出土壤細(xì)菌群落的信息。由表3 可知，中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌Chao1 指數(shù)、ACE 指數(shù)、香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)均無(wú)顯著差異（P>0.05）。

表3 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤樣品序列數(shù)統(tǒng)計(jì)和多樣性指數(shù)Table 3 Sample sequence number statistics and diversity index in rhizosphere soil of C.liouana and C.microphylla

主坐標(biāo)分析（PCoA）表明（圖1），中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成有明顯差異，其中，第一主成分解釋了細(xì)菌群落總變異的20.92%，第二主成分解釋了細(xì)菌群落總變異的12.67%。通過(guò)相似性分析（ANOSIM）發(fā)現(xiàn)，2 種錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成差異顯著（R=0.376，P=0.001）。

圖1 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主坐標(biāo)分析Fig. 1 Principal coordinate analysis of soil bacterial community composition in rhizosphere of C. liouana and C. microphylla

2.3 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類群分析

所有樣本共檢測(cè)到細(xì)菌22 門62 綱131 目185 科304 屬。在門水平上，中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌均以變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、Patescibacteria、厚壁菌門（Firmicutes）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）和綠彎菌門（Chloroflexi）為主要類群。土壤細(xì)菌群落組成的差異分析表明（表4），中間錦雞兒根際土壤中變形菌門和擬桿菌門相對(duì)豐度顯著高于小葉錦雞兒（P<0.01），而酸桿菌門、放線菌門和芽單胞菌門相對(duì)豐度顯著低于小葉錦雞兒（P<0.01）。Patescibacteria、厚壁菌門和綠彎菌門相對(duì)豐度在2 種錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落中差異不顯著（P>0.05）。

表4 門和屬水平上中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌的豐度變化Table 4 Changes in relative bacterial abundance at phyla and genera levels in the rhizosphere soil of C. liouana and C.microphylla

在屬水平上，根據(jù)注釋結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖2），主要優(yōu)勢(shì)屬為根瘤菌屬（Rhizobium）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、RB41、芽 孢 桿 菌 屬（Bacillus）、類 固 醇 桿 菌 屬（Steroidobacter）、芽 單 胞 菌 科 未 分 類 的 屬（Unclassified_f_Gemmatimonadaceae）、鞘氨醇菌屬（Chitinophaga）、不可培養(yǎng)細(xì)菌科未分類的屬（Unclassified_f_uncultured_bacterium）和中慢生根瘤菌屬（Mesorhizobium），且未分類（Unclassified）菌屬相對(duì)豐度占比最高（16.10%~29.35%）。由表4 可知，根瘤菌屬、鞘氨醇單胞菌屬、溶桿菌屬（Lysobacter）、RB41、紅色桿菌屬（Rubrobacter）、鏈霉菌屬（Streptomyces）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和芽單胞菌科未分類的屬的相對(duì)豐度在2 種錦雞兒根際土壤中存在顯著差異（P<0.05）。其中，小葉錦雞兒根際土壤中根瘤菌屬和溶桿菌屬相對(duì)豐度顯著低于中間錦雞兒（P<0.05），而鞘氨醇單胞菌屬、芽孢桿菌屬、RB41、紅色桿菌屬、鏈霉菌屬和芽單胞菌科未分類的屬的相對(duì)豐度顯著高于中間錦雞兒（P<0.05）。

圖2 屬水平上中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)熱圖Fig.2 Heat map of bacterial community composition in rhizosphere soil of C. liouana and C. microphylla at level of genus

2.4 植物功能性狀與土壤細(xì)菌群落的關(guān)系

如圖3 所示，Mantel 檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀之間存在顯著相關(guān)性（P<0.01），說(shuō)明中間錦雞兒和小葉錦雞兒植物功能性狀對(duì)其根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。

圖3 中間錦雞兒和小葉錦雞兒土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀的關(guān)系Fig. 3 The relationship between soil bacterial community composition and plant functional traits of C. liouana and C.microphylla

冗余分析（RDA）表明（圖4），第一、二排序軸分別解釋了土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的13.35%和9.11%。蒙特卡羅檢驗(yàn)結(jié)果顯示（表5），株高（F=4.2，P=0.002）、葉干物質(zhì)含量（F=3.8，P=0.002）、比葉面積（F=3.3，P=0.022）、葉厚度（F=3.4，P=0.008）和葉長(zhǎng)（F=2.6，P=0.016）是影響中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因子。

表5 植物功能性狀對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響Table 5 Effects of plant functional traits on soil bacterial community composition

中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌多樣性與植物功能性狀的相關(guān)性分析表明（表6），葉厚度與Chao1 指數(shù)、ACE 指數(shù)、香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)顯著正相關(guān)（P<0.05），株高與香農(nóng)指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），葉片碳含量與ACE 指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），葉片氮含量與香農(nóng)指數(shù)顯著正相關(guān)（P<0.05）。通過(guò)分析優(yōu)勢(shì)門與植物功能性狀的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，變形菌門和擬桿菌門與葉長(zhǎng)和株高顯著正相關(guān)（P<0.05）；酸桿菌門、放線菌門和芽單胞菌門與葉長(zhǎng)和株高顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），與葉片氮含量顯著正相關(guān)（P<0.05）；厚壁菌門與葉片磷含量顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）；綠彎菌門與葉厚度顯著正相關(guān)（P<0.05）。

表6 土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)種群相對(duì)豐度與植物功能性狀的相關(guān)性Table 6 Correlation of soil bacterial diversity indices and the relative abundance of dominant taxa with plant functional traits

3 討論

3.1 植物功能性狀對(duì)根際土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響

植物和土壤微生物間復(fù)雜的相互作用顯著影響陸地生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)［22］。研究發(fā)現(xiàn)不同樹種根系對(duì)根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響不同［5］，且植物群落多樣性與土壤微生物群落多樣性呈正相關(guān)［23］。植物功能性狀反映了植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力與權(quán)衡策略，能夠直接或間接影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)［11］，如株高和冠幅改變了光照條件和植物的光合作用［24］，直接影響土壤微生物生長(zhǎng)和微生物群落間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，進(jìn)而影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。此外，植物功能性狀會(huì)影響凋落物和腐殖質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量，通過(guò)改變土壤養(yǎng)分含量，從而使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化［13］。如Wang 等［14］對(duì)溫帶沙漠土壤細(xì)菌的研究發(fā)現(xiàn)葉片碳氮比可以直接影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化，Delgado-Baquerizo 等［13］通過(guò)對(duì)比研究澳大利亞和英國(guó)溫帶草原植物土壤微生物，發(fā)現(xiàn)葉片氮含量和比葉面積是驅(qū)動(dòng)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵因子。本研究結(jié)果表明植物功能性狀與根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著的相關(guān)性（圖3），且株高、葉干物質(zhì)含量、比葉面積、葉厚度和葉長(zhǎng)對(duì)根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著性影響（圖4），說(shuō)明在半干旱區(qū)，豆科植物根際土壤細(xì)菌群落多樣性變化受植物功能性狀的影響。然而，Leff 等［15］研究英格蘭英格伯勒國(guó)家自然保護(hù)區(qū)土壤微生物時(shí)認(rèn)為其與植物功能性狀關(guān)系微弱，而與植物物種顯著相關(guān)，原因可能與研究區(qū)域的空間尺度不同有關(guān)。

圖4 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀的冗余分析Fig. 4 Redundancy analysis of bacterial community composition and plant functional traits in rhizosphere soil of C. liouana and C. microphylla

植物通過(guò)調(diào)節(jié)其功能性狀以適應(yīng)環(huán)境變化，進(jìn)而影響土壤過(guò)程和土壤微生物群落［13］。本研究中土壤細(xì)菌多樣性與葉厚度呈顯著正相關(guān)（表6），這是因?yàn)樵诎敫珊档貐^(qū)，錦雞兒屬植物通過(guò)增加葉厚度的資源投資，減少了植物內(nèi)部水分和養(yǎng)分的流失［7］，有利于提高資源利用效率和光合作用效率［25］，作為光合作用產(chǎn)物的根系分泌物隨之發(fā)生改變，進(jìn)而影響根際土壤細(xì)菌多樣性。Millard 等［26］研究發(fā)現(xiàn)株高的增加，能夠提高土壤微生境資源異質(zhì)性，促進(jìn)土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)，然而本研究與其結(jié)果不一致，可能是由于錦雞兒屬植物生境中土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)貧瘠，植株高度的增加，有助于避免其遭受沙埋威脅，但同時(shí)也降低了葉片凋落物的數(shù)量和地下生物量的投入，導(dǎo)致根際土壤細(xì)菌多樣性的減少。此外，本研究發(fā)現(xiàn)植物葉片氮含量與土壤細(xì)菌多樣性顯著正相關(guān)，這與Delgado-Baquerizo等［13］的研究結(jié)果一致，原因是葉片作為光合作用的主要場(chǎng)所，積累了大量有機(jī)質(zhì)且能合成蛋白質(zhì)、核酸等多種化合物［27］，通過(guò)影響葉片凋落物氮含量及碳氮比，改變凋落物的分解速率，進(jìn)而影響根際土壤細(xì)菌多樣性。同時(shí)，較高的氮水平有利于維持高光合作用，為植物根系分配更多的光合物質(zhì)，提高了根際土壤中有機(jī)質(zhì)含量［28］，使根際土壤細(xì)菌多樣性增加。

3.2 中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌多樣性及群落結(jié)構(gòu)差異

土壤細(xì)菌的種類和數(shù)量對(duì)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、植物生長(zhǎng)及抗脅迫能力有直接影響，能夠反映土壤質(zhì)量及環(huán)境脅迫［29］。丁新景等［5］研究發(fā)現(xiàn)黃河三角洲4 種人工林根際土壤細(xì)菌多樣性存在差異，劉方春等［30-31］研究指出，隨著干旱強(qiáng)度的增加，核桃（Juglans regia）根際土壤微生物多樣性指數(shù)顯著降低，櫻桃（Cerasus pseudocerasus）根際土壤細(xì)菌的數(shù)量先增加后減小。在本研究中，中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)間無(wú)顯著差異，原因可能與植物種類及植物在不同采樣點(diǎn)受干旱脅迫強(qiáng)度不同有關(guān)。

從群落結(jié)構(gòu)的角度分析，中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落存在顯著差異（圖1）。在根際土壤中，根系分泌物在介導(dǎo)植物與周圍細(xì)菌的相互作用中起關(guān)鍵作用［28］。已有研究表明，根系分泌物對(duì)根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有選擇塑造作用，環(huán)境條件的改變會(huì)影響根系分泌物成分變化［32］，這可能是造成2 種錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異的原因。本研究中，2 種錦雞兒根際土壤細(xì)菌均以變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門和放線菌門為主要類群，這些優(yōu)勢(shì)菌群具有一定的耐旱性，能夠適應(yīng)極端干旱環(huán)境。其中，變形菌門是細(xì)菌中最大的菌門，包含多種代謝種類的細(xì)菌，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，其生長(zhǎng)越好，且能夠增強(qiáng)土壤的固氮能力［33］。擬桿菌門中的菌株作為有機(jī)碳的主要礦化者，可以增加土壤有機(jī)碳的含量，并為微生物生長(zhǎng)及土壤酶活性提供能量［34］。研究發(fā)現(xiàn)中間錦雞兒根際土壤中變形菌門和擬桿菌門相對(duì)豐度顯著高于小葉錦雞兒，這是由于中間錦雞兒較小葉錦雞兒更適應(yīng)干旱環(huán)境［35］，植物生長(zhǎng)狀況較好（表2），通過(guò)影響凋落物和根系分泌物的輸入，改變了地下土壤有機(jī)碳含量［28］，有機(jī)碳的累積為變形菌門和擬桿菌門中的菌株生長(zhǎng)繁殖提供了有利條件，且變形菌門和擬桿菌門屬于富營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌，能有效利用土壤中碳、磷營(yíng)養(yǎng)元素，從而促進(jìn)兩類優(yōu)勢(shì)菌的生長(zhǎng)。小葉錦雞兒根際土壤中酸桿菌門、放線菌門和芽單胞菌門相對(duì)豐度顯著高于中間錦雞兒。已有研究表明，酸桿菌門中的菌株是一類新劃分出的細(xì)菌類群，目前已知酸桿菌門屬于寡營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌，具有較強(qiáng)的抗逆性，能夠在土壤養(yǎng)分匱乏的環(huán)境中生存，并對(duì)該條件下的纖維素降解起到重要作用［36］。劉方春等［31］研究指出，水分含量會(huì)影響植物根系的生長(zhǎng)和活力，從而影響植物根系分泌物的含量，中間錦雞兒生長(zhǎng)環(huán)境較干旱，導(dǎo)致根際土壤中放線菌門的相對(duì)豐度降低，且放線菌門中的菌株具有共生固氮和解磷作用［37］，在土壤氮素循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。在屬水平上，根瘤菌屬是2 種錦雞兒土壤中已分類菌群中的優(yōu)勢(shì)屬（1.61%~22.11%），且中間錦雞兒根際土壤中根瘤菌屬的相對(duì)豐度顯著高于小葉錦雞兒。根瘤菌屬于革蘭氏陰性細(xì)菌，能與豆科植物形成共生固氮體系［38］，提高土壤中氮素含量，使土壤肥力得到改善。同時(shí)，豆科植物中根瘤菌具有解磷機(jī)制［39］，能夠利用難溶性磷，使植物在低磷土壤上正常生長(zhǎng)，Li 等［40］研究檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）根瘤菌遺傳多樣性時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中速效磷含量是影響根瘤菌分布的主要因子。這些研究有助于解釋中間錦雞兒相對(duì)于小葉錦雞兒更能適應(yīng)干旱和養(yǎng)分匱乏的環(huán)境。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，在屬分類水平上未分類菌群占細(xì)菌總數(shù)的16.10%~29.35%，說(shuō)明2 種錦雞兒根際土壤中還存在未被挖掘利用的微生物資源，需要進(jìn)一步探索。

4 結(jié)論

中間錦雞兒和小葉錦雞兒根際土壤細(xì)菌以變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門和放線菌門為主要類群，且中間錦雞兒根際土壤中變形菌門和擬桿菌門的相對(duì)豐度顯著高于小葉錦雞兒（P<0.01），酸桿菌門、放線菌門和芽單胞菌門的相對(duì)豐度顯著低于小葉錦雞兒（P<0.01）。而且2 種錦雞兒根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與植物功能性狀之間存在顯著相關(guān)性（P<0.01），且冗余分析結(jié)果表明，株高、葉干物質(zhì)含量、比葉面積、葉厚度和葉長(zhǎng)是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)構(gòu)建的主要因素。本研究驗(yàn)證了植物功能性狀能夠影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步探究荒漠地區(qū)植物土壤微生物群落多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性提供了理論基礎(chǔ)。