摘""要:為闡明白木香結(jié)香前后根際細菌群落差異,并探討與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。本研究采用高通量測序技術(shù)和生物信息學相關(guān)手段,對海南省3個種植地(??谑形纳酱濉⑴R高東光農(nóng)場、樂東抱倫農(nóng)場)白木香結(jié)香前后根際土壤細菌群落組成和多特征進行分析,并結(jié)合冗余分析對根際土壤理化性質(zhì)與細菌群落進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明:3個樣地間共獲得7"944"402條序列,隸屬于51個門,151個綱,380個目,637個科,1296個屬,2649個種;樣地內(nèi)結(jié)香前后細菌群落和多樣性差異性不大,樣地間存在顯著差異。3個樣地根際土壤細菌豐富度和多樣性上均呈現(xiàn)為:LDJXgt;LDWJgt;LGWJgt;LGJXgt;WSWJgt;WSJX。在群落結(jié)構(gòu)上,樂東樣地與文山和臨高樣地群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異。在門水平上,樂東樣地的優(yōu)勢細菌門為浮霉菌門(Planctomycetota)、綠彎菌門(Chloroflexi)、疣微菌門(Verrucomicrobiota);文山和臨高樣地的菌門為厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)、變形菌門(Proteobacteria)。在屬水平上,文山和臨高的優(yōu)勢屬為擬桿菌屬(Bacteroides)、uncultured_bacterium_f"Muribaculaceae、糞桿菌屬(Faecalibacterium);樂東優(yōu)勢屬為未確定屬(g_uncultured_f__Gemmataceae)、Candidatus_Udaeobacter和擬桿菌屬(Bacteroides)。對RDA分析發(fā)現(xiàn),不同樣地間白木香根際土壤細菌群落受土壤理化因子的影響具有一定差異。全磷與細菌種群差異和多樣性呈顯著負相關(guān),pH與細菌種群差異和多樣性呈顯著正相關(guān)。該研究結(jié)果對白木香根際微生物互作關(guān)系研究具有參考價值,對海南沉香產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有指導意義。
關(guān)鍵詞:白木香;根際土壤;細菌多樣性;理化性質(zhì);相關(guān)性中圖分類號:S154.3;S153;S567.19""""""文獻標志碼:A
Differences"in"Inter-root"Soil"Bacterial"Community"Structure"and"Soil"Physicochemical"Properties"in"Different"Locations"of"Aquilaria"sinensis
Li"Si1,2,"Xu"Shitao1*,"Wang"Deli2*,"ZHANG"Mengzhen3,"Li"Huiting1
1."College"of"Horticulture,"Hainan"University,"Haikou,"Hainan"570228,"China;"2."Hainan"Branch,"Institute"of"Medicinal"Plants,"Chinese"Academy"of"Medical"Sciences,"Haikou,"Hainan"570311,"China;"3."Hainan"Lixiangyuan"Agroforestry"Science"and"technology"Co.,"Ltd.,"Ledong,"Hainan"572543,"China
Abstract:"To"elucidate"the"differences"in"inter-root"bacterial"communities"of"Aquilaria"sinensis,"and"to"explore"the"correlation"with"soil"physicochemical"properties,"we"used"the"high-throughput"sequencing"technology"and"bioinformatics-related"tools"to"analyze"the"composition"and"multi-characteristics"of"the"inter-root"soil"bacterial"community"of"A."sinensis."In"three"cultivation"sites"in"Hainan"province"(Wenshan"village,"Haikou"city,"Dongguang"farm,"Lingao,"and"Baolun"farm,"Ledong),"and"combinednbsp;with"redundancy"analysis"to"correlate"the"inter-root"soil"physicochemical"properties"with"the"bacterial"community."The"results"showed"that"a"total"of"7"944"402"sequences"belonging"to"51"phyla,151"orders,"380"families,"637"families,"1296"genera"and"2649"species"were"obtained"among"the"sites;"the"variability"of"bacterial"community"and"diversity"of"A."sinensis"in"the"sample"sites"was"not"significant,"and"there"were"significant"differences"among"the"sample"sites."The"richness"and"diversity"of"inter-root"soil"bacteria"in"the"sites"were"as"follows:"LDJXgt;LDWJgt;LGWJgt;LGJXgt;WSWJgt;WSJX."In"terms"of"community"structure,"the"Ledong"sample"site"differed"significantly"from"the"Wenshan"and"Lingao"sample"sites"in"terms"of"community"structure.at"the"phylum"level,"the"dominant"bacterial"phyla"in"Ledong"were"Planctomycetota,"Chloroflexi,"and"Verrucomicrobiota;"the"dominant"populations"in"Wenshan"and"Lingao"were"Firmicutes,"Bacteroidota,"and"Proteobacteria."At"the"genus"level,"the"dominant"genera"in"Wenshan"and"Lingao"were"Bacteroides,"uncultured_bacterium_f"Muribaculaceae,"and"Faecalibacterium;"the"dominant"genera"in"Ledong"were"the"unidentified"genus"(g_uncultured_f__Gemmataceae)"genus,"Candidatus_Udaeobacter,"and"Bacteroides."The"RDA"analysis"revealed"that"the"inter-rhizosphere"soil"bacterial"community"of"A."sinensis"was"affected"by"soil"physicochemical"factors"with"some"differences"among"different"sites."Total"phosphorus"was"significantly"and"negatively"correlated"with"bacterial"population"differences"and"diversity,"and"pH"was"significantly"and"positively"correlated"with"bacterial"population"differences"and"diversity.The"results"are"valuable"for"studying"the"interactions"of"inter-root"microorganisms"of"A."sinensis,"and"have"certain"guiding"significance"for"the"development"of"Hainan"incense"industry.
Keywords:"Aquilaria"sinensis;"rhizosphere"soil;"bacterial"diversity;"physicochemical"properties;"correlation
DOI:"10.3969/j.issn.1000-2561.2024.07.021
白木香[Aquilaria"sinensis"(Lour.)"Spreng.]是瑞香科(Thymelaeacaeae)沉香屬(Aquilaria"Lam.)植物,又名土沉香、香材、牙香樹等,主要分布在廣東、海南、廣西、云南等地,是我國中藥沉香的唯一來源[1]。白木香莖干受傷后可產(chǎn)生含樹脂的木材即為沉香,沉香不僅經(jīng)濟價值非常高,還是我國瀕危的藥用植物,具有治療胸腹脹疼痛、胃寒、腎虛等疾病,在現(xiàn)代藥理中報道,沉香具有鎮(zhèn)靜、抗炎、降血糖等廣泛的藥理作用[2]。除藥用價值以外,還具有香料價值、文化價值和收藏價值等。
近年來,國內(nèi)外關(guān)于白木香微生物的研究熱點主要集中在白木香內(nèi)生菌的研究。黃雅麗等[3]運用T-RFLP方法比較結(jié)香和非結(jié)香的白木香內(nèi)生細菌,發(fā)現(xiàn)白木香結(jié)香后細菌群落更為豐富,表明結(jié)香前后內(nèi)生細菌多樣性和優(yōu)勢菌群有顯著差異。陳瑤[4]分析了奇楠沉香中不同結(jié)香時期心材內(nèi)生真菌和內(nèi)生細菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性,結(jié)果表明,不同結(jié)香時期的內(nèi)生菌存在顯著差異,結(jié)香中、后期物種分布更為豐富。劉娟等[5]對野生、栽培結(jié)香前后的山沉香細菌群落進行系統(tǒng)分析,山沉香的結(jié)香部位較非結(jié)香部位具有更明顯的物種多樣性,野生山沉香結(jié)香部位與其他樣品細菌群落結(jié)構(gòu)差距較大。有研究表明,內(nèi)生菌對植物的感染、孢子的萌發(fā)、生長繁殖、代謝等需要適宜的環(huán)境,內(nèi)生菌的種群結(jié)構(gòu)也會受到植物所在的環(huán)境、藥用植物的品種、產(chǎn)地和周圍環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)的影響[6]。Gagné等[7]認為大多數(shù)內(nèi)生細菌來源于根際土壤,所以根部的內(nèi)生細菌含量最高,越往植株上部數(shù)量越少。通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)關(guān)于沉香土壤根際微生物方面的研究較少,如Nimnoi等[8]對奇楠沉香"(Aquilaria"crassna"Pierre"ex"Lecomte)在不同的采樣點,研究放線菌在采樣點、季節(jié)多樣性、群落結(jié)構(gòu)的差異結(jié)果表明,在雨季采樣點物種多樣性會增加,表明季節(jié)環(huán)境變化可能也會使根際環(huán)境有較大差異,對白木香結(jié)香和生長造成影響。Chhipa等[9]從馬來沉香(A."malaccensis"Lam.)根際土壤和莖干中分離細菌和真菌群落,并把篩選出來的優(yōu)勢菌群通過人工感染樹木,3個月后采集樣品,用氣相色譜法分析樣品中的沉香螺旋醇(agarospirol),結(jié)果發(fā)現(xiàn)分離出的31%的細菌和23%的真菌能通過人工感染方法產(chǎn)生沉香螺旋醇,與其他分離物相比,細菌分散泛菌(Pantoea"dispersa)和真菌青霉菌屬(Penicillium"polonicum)的感染率最高。
關(guān)于白木香營養(yǎng)代謝的研究較少,王龍仁等[10]探討了人工結(jié)香初期營養(yǎng)代謝變化規(guī)律,分析了結(jié)香前后白木香葉片和土壤中大量元素氮、磷、鉀和微量元素含量變化,結(jié)果表明,環(huán)境因子與結(jié)香關(guān)系密切,其中土壤因子交換性鈣、交換性鎂與沉香特征性成分呈不同程度的負相關(guān)。馬惠芳等[11]對白木香結(jié)香質(zhì)量與環(huán)境因子的關(guān)系進行了研究,結(jié)果表明結(jié)香質(zhì)量相關(guān)性較高的因子為pH、交換性鈣和鎂。王冉等[12]對我國野生土沉香的4個分布區(qū)(海南屯昌、廣東陸河、廣東東莞、海南臨高)的土壤特性及營養(yǎng)進行分析,結(jié)果表明,不同分布區(qū)的同一土層土壤理化性質(zhì)差異顯著(Plt;0.05)。
通過查閱大量文獻發(fā)現(xiàn),對于海南白木香結(jié)香前后根際土壤微生物細菌群落結(jié)構(gòu)差異和土壤理化性質(zhì)之間均無相關(guān)研究。基于此,針對海南本地種植白木香結(jié)香前后根際土壤微生物和土壤特性的研究具有一定的意義。本研究采用高通量測序技術(shù)分析3個不同種植地區(qū)白木香結(jié)香前后的根際土壤細菌群落結(jié)構(gòu),旨在系統(tǒng)了解其細菌多樣性,探討細菌群落對白木香結(jié)香前后的生長、土壤環(huán)境因子的關(guān)系,從而為海南白木香根際微生物互作等方面的研究奠定基礎。
1.1""材料
3個白木香試驗樣地均采用微創(chuàng)結(jié)香方法,結(jié)香時間均為2020年5月,結(jié)香地點分別位于海南省??谑形纳酱宄料阄幕a(chǎn)業(yè)園、臨高縣東光農(nóng)場、樂東黎族自治縣抱倫農(nóng)場,取樣地信息詳見表1。
1.2""方法
1.2.1""土壤樣品采集""試驗樣品于2021年12月23日,采用“S”型采樣方法,將表1所述的3個樣地中分別選取18個點,其中結(jié)香和未結(jié)香分別取9個點,每9個點充分混勻后平均分為3份,共采集18份白木香根際土樣品,剔除雜物,挖出根部,采集6~12"cm的側(cè)根系,輕抖根系,收集附著在根上的土壤。立即放入低溫保溫盒中,過2"mm篩后于–80"℃的超低溫冰箱保存,一部分用于土壤細菌群落高通量測序分析,其余的土陰干備用,用作土壤理化性質(zhì)分析。
1.2.2""土壤理化性質(zhì)測定""土壤性質(zhì)的測定參考鮑士旦[13]《土壤農(nóng)化分析》中的測定方法,其中pH測定采用pH計(DELTA"320);有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法;全氮采用凱氏定氮法;堿解氮采用堿解擴散法;土壤全磷采用高氯酸-硫酸法;有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀采用原子吸收分光光度計法。
1.2.3""土壤細菌DNA提取及測序""采用CTAB法對各地區(qū)白木香結(jié)香前后根際土壤微生物組樣本進行總DNA的提取,并通過瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取質(zhì)量,同時采用紫外分光光度計對DNA進行定量[14]。對16S"rRNA基因的V3~V4高變區(qū)片段引物(341F"5?-CCTACGG GNGGCWGCAG-3?)和(805R"5?-GACTACHVG GGTATCTAATCC-3)進行PCR擴增。PCR反應體系:12.5"μL"Phusion"Hot"start"flex"2X"Master"Mix,正反引物2.5"μL,基因組總DNA"50"ng,加入ddH2O至反應體系為25"μL[15]。PCR反應條件:98"℃"40"s;98"℃"10"s;54"℃"30"s,35個循環(huán);72"℃"10"min。每個樣本3個重復,PCR擴增產(chǎn)物通過2%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測。采用AMPure"XT"beads回收試劑盒,對純化后的PCR產(chǎn)物使用Agilent"Bioanalyzer"2100(Agilent,"CA,"USA)和Illumina(Kapa"Biosciences,"Woburn,"MA,"USA)的文庫定量試劑盒進行評估,合格的文庫濃度應在2"nmol/L以上。將合格的樣品上機測序,根據(jù)所需測序量按相應比例混合,并經(jīng)NaOH變性為單鏈進行上機測序;使用NovaSeq"6000測序儀進行2×150"bp的雙端測序,相應試劑為NovaSeq"6000"SP"Reagent"Kit"(500"cycles)。
1.3""數(shù)據(jù)處理
使用Cutadapt(v1.9)軟件對測序得到的raw"reads進行過濾;使用Fqtrim軟件進行引物序列的識別與去除,得到不包含引物序列的高質(zhì)量Reads;通過Vsearch(v2.3.4)軟件,重疊對每個樣品高質(zhì)量的reads進行拼接,得到的拼接序列即clean"reads;基于得到的ASV(feature)特征序列和豐度表格進行Alpha多樣性分析和Beta多樣性分析。采用Excel、DPS、SPSS"20.0軟件進行多重比較和相關(guān)性分析,利用Canoco"5軟件冗余分析土壤化學指標與細菌群落的關(guān)系。
2.1""根際土壤理化性質(zhì)分析
對3個不同樣地的白木香結(jié)香前后根際土壤分析發(fā)現(xiàn),3個采樣點的土壤大量元素含量存在顯著差異。由表2可知,不同種植地之間,臨高樣地全氮、有效氮、有效磷含量顯著高于樂東和文山,且有機質(zhì)含量最為豐富,為47.00(結(jié)香后)和55.17(未結(jié)香),文山取樣地全磷含量最高,顯著高于樂東和臨高樣地。同一樣地內(nèi),臨高樣地未結(jié)香速效鉀含量高于結(jié)香,文山樣地結(jié)香有機質(zhì)、有效氮含量高于未結(jié)香,樂東未結(jié)香中的有效磷含量高于結(jié)香。3個樣地土壤均為酸性,土壤pH范圍為4.12~5.48,由高到低依次為LDJX(樂東結(jié)香)gt;"LDWJ(樂東未結(jié)香)gt;LGJX(臨高結(jié)香)gt;WSJX(文山結(jié)香)gt;LGWJ(臨高未結(jié)香)gt;WSWJ(文山未結(jié)香),樂東樣地土壤pH最高,其次為臨高、文山(表2)。
2.2""根際土壤細菌群落豐度、多樣性和結(jié)構(gòu)差異
對18個土壤樣本采用Illumina"Miseq高通量測序后,細菌測定的有效序列條數(shù)為8"763"911條,去掉低質(zhì)量的序列后得到優(yōu)化序列為7"944"402條,平均長度約為252.8"bp。18個土壤的優(yōu)化序列、OTU數(shù)量及多樣性指示,各類樣品文庫的覆蓋率為98%,表明白木香土樣中基因序列的檢出概率較高,本次測序結(jié)果能夠充分反映3個樣地白木香結(jié)香前后根際土壤微生物的真實情況。白木香根際土壤多樣性的相關(guān)指標見表3,對Simpson指數(shù)、Chaol指數(shù)、譜系多樣性(phylogenetic"diversity,"PD)整樹指數(shù)、Shannnon指數(shù)對比發(fā)現(xiàn),白木香結(jié)香前后根際土中細菌豐度由高到低依次為:LDJXgt;LDWJgt;LGWJgt;LGJXgt;WSWJgt;WSJX;表明不同樣地結(jié)香和未結(jié)香之間差異較大,樂東樣地細菌豐度和多樣性顯著高于文山和臨高。對比同一樣地內(nèi),結(jié)香和未結(jié)香細菌群落之間差異較小。文山、臨高樣地間結(jié)香前比結(jié)香后根際土壤細菌群落的群落更為豐富,樂東樣地的結(jié)香前比結(jié)香后細菌的群落更豐富。
2.3"nbsp;根際土壤細菌群落結(jié)構(gòu)門水平上分類
分別對3個樣地白木香結(jié)香前和結(jié)香后根際土壤的細菌群落結(jié)構(gòu)特征進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤細菌OTUs共26"097條,分屬于51個門,151個綱,380個目,637個科,1296個屬,2649個種。以下百分比數(shù)據(jù)表示前者為結(jié)香,后者為未結(jié)香,在門水平上,相對豐度較高的分別為厚壁菌門(Firmicutes,16.11%,15.96%)、擬桿菌門(Bacteroidota,13.28%,14.35%)、變形菌門(Proteobacteria,4.12%,3.92%)、浮霉菌門(Planctomycetota,3.35%,3.67%)、疣微菌門(Verrucomicrobiota,2.71%,3.35%)、放線菌門(Actinobacteriota,3.52%,2.29%)、酸桿菌門(Acidobacteriota,2.21%,2.15%)、綠彎菌門(Chloroflexi,1.63%,1.44%)和脫硫桿菌門(Desulfobacterota,0.55%,0.50%),粘球菌門(Myxococcota,"0.45%,0.38%)。從圖1可知,厚壁菌門(Firmicutes)為臨高、文山的第一優(yōu)勢類群,豐度分別為25.27%、22.26%和24.51%、27.41%,其他優(yōu)勢菌門為擬桿菌門(Bacteroidota)、變形菌門(Proteobacteria)、浮游菌門(Plan ctomycetota)和疣微菌門(Verrucomicrobiota);樂東第一優(yōu)勢細菌門為浮霉菌門(Planctomy cetota),為47.36%,51.81%,樂東地區(qū)其他優(yōu)勢菌門為綠彎菌門(Chloroflexi)、疣微菌門(Verrucomicrobiota)、放線菌門(Actinobac teriota)和變形菌門(Proteobacteria)。研究表明,不同樣地間,白木香結(jié)香前后的根際細菌群落存在差異;同一樣地內(nèi),白木香結(jié)香前后的根際細菌群落無顯著差異。
2.4""根際土壤細菌群落在屬水平的豐度變化
不同白木香種植樣地結(jié)香前后的根際土壤細菌屬分類水平如圖2所示,通過群落組成分析、物種和樣本間相似性的豐度進行聚類,發(fā)現(xiàn)擬桿菌屬(Bacteroides,3.73%,11.61%)、糞桿菌屬(Faecalibacterium,1.98%,5.85%),uncultured_"bacterium_f"Muribaculaceae(1.48%,4.63%),Candidatus_Udaeobacter(0.78%,2.70%),未確定屬(g_uncultured_f__Gemmataceae,0.86%,2.64%),未確定屬(g_norank_f__Lachnospiraceae,0.81%,2.34%),毛螺菌屬(Lachnospira"0.75%,2.22%),羅氏菌屬(Roseburia,0.57%,1.73%),巨單胞菌屬(Megamonas,0.31%,1.05%),乳桿菌屬(Lactobacillus,0.19%,0.92%)為白木香結(jié)香前后根際土壤中優(yōu)勢細菌屬。不同樣地間白木香結(jié)香前后根際土在細菌屬分類水平中各有差異,在屬分類水平上擬桿菌屬(Bacteroides)為臨高和文山優(yōu)勢細菌屬,分別為22.17%、17.86%和22.57%、30.53%。g_uncultured_f__Gemmataceae屬為樂東的優(yōu)勢細菌屬豐度值為(10.40%,10.71%);其中未結(jié)香優(yōu)勢屬的相對豐度均高于結(jié)香。
2.5""根際土壤細菌bata多樣性分析
對測序結(jié)果的主坐標分析(principal"coordinate"analysis,PCoA)發(fā)現(xiàn),文山和臨高樣地白木香結(jié)香前后根際土壤細菌結(jié)構(gòu)較為相似,但樂東樣地白木香結(jié)香前后根際土壤細菌結(jié)構(gòu)與臨高和文山樣地相比差異較大,說明同個樣地內(nèi)結(jié)香前后差異不大(圖3),但不同樣地間差異顯著。
2.6""根際土壤細菌群多樣性指數(shù)與土壤理化指標的pearson相關(guān)分析
由表4可知,pH與Shannnon指數(shù)、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)、PD指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(Plt;"0.01);全磷與Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)呈極顯著負相關(guān)(Plt;0.01),與Chao1指數(shù)、PD指數(shù)呈顯著負相關(guān)(Plt;0.05);有效磷與PD指數(shù)呈顯著負相關(guān)。表明pH、全磷等土壤理化指標對白木香根際土壤主要細菌種群豐度和多樣性的影響比較顯著。
2.7""細菌群落結(jié)構(gòu)與土壤環(huán)境因子的冗余分析(RDA)
白木香種植樣地土壤細菌屬水平群落與土壤理化性質(zhì)的冗余分析(RDA)結(jié)果排序見圖4,分析結(jié)果顯示,第一主軸和第二主軸對細菌相對方差的解釋比例分別為93.86%和4.46%,二者共解釋98.32%的方差變化。土壤理化性質(zhì)與細菌群落RDA分析表明,樂東地區(qū)受土壤理化因子的影響與另外2個產(chǎn)地區(qū)別較大,pH對樂東細菌影響較大,pH與總氮(TN)、有效磷(AP)、有機質(zhì)(OM)、有效氮(AN)呈正相關(guān)關(guān)系;與變形菌門(Proteobacteria)、浮游菌門(Planctomycetota)、疣微菌門(Verrucomicrobiota)、放線菌門(Actinobacteriota)、綠彎菌門(Chloroflexi)、粘球菌門(Myxococcota)呈顯著正相關(guān);TP(全磷)對臨高和文山樣地土壤細菌影響較大,全磷與pH、全氮、有效氮、有效磷呈負相關(guān),與厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)呈正相關(guān),與變形菌門(Proteobacteria)、浮游菌門(Planctomycetota)、疣微菌門(Verrucomicrobiota)、放線菌門(Actinobacteriota)、綠彎菌門(Chlo roflexi)、Myxococcota呈負相關(guān)。
3個樣地間白木香結(jié)香前后根際土樣細菌多樣性高低順序依次為:樂東gt;臨高gt;文山,這表明在根際細菌優(yōu)勢種群受環(huán)境影響較大,樂東樣地位于海南西南部,地處熱帶,溫度較高,降水少,濕度偏低但坡度、坡向變化較大,海拔較高;文山和臨高樣地位于海南北部和西北部,降雨量多,濕度大,坡度平緩。推測溫度和濕度可能是影響細菌種群多樣性的主要因子。其中,趙建琪等[16]對鼎湖山南亞熱帶季風常綠闊葉林為研究對象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法并結(jié)合土壤理化性質(zhì)的監(jiān)測,探究氣溫上升對土壤微生物群落的影響,結(jié)果表明增溫顯著改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),使細菌相對豐度顯著增加。羅達等[17]以南亞熱帶格木、馬尾松人工純林及二者混交林林地土壤為對象,研究結(jié)果顯示旱季土壤微生物的PLFAs總量及各菌群的PLFAs量顯著高于雨季。也有研究表明,海拔地形也是影響條件之一,地形對土壤理化性質(zhì)的影響比較明顯,海拔、氣候、坡向等微地形條件對土壤質(zhì)地影響較大[17]。海拔的變化會造成物種豐富度的不同及土壤性質(zhì)的差異,對微生物群落產(chǎn)生影響[18]。而樣地內(nèi)結(jié)香前后細菌多樣性差異不顯著,表明結(jié)香處理對根際土壤細菌種群影響較小。有研究發(fā)現(xiàn)藥用植物的有效成分是長時間的合成和積累,與生態(tài)環(huán)境密切相關(guān),相同的藥用植物因生長環(huán)境不同,其體內(nèi)次生代謝物累積的過程會產(chǎn)生影響,進而改變次生代謝產(chǎn)物的成分和含量,影響藥材的品質(zhì)[16]。對細菌群落結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),文山和臨高的土壤細菌群落結(jié)構(gòu)較為接近,優(yōu)勢細菌門為厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門,而樂東的優(yōu)勢菌門為浮游菌門、綠彎菌門和疣微菌門。其次,白木香根際土壤細菌占比較大的是厚壁菌門和變形菌門,相對豐度分別為32.10%和7.98%。而變形菌門和厚壁菌門為藥用植物根際微生物主要類群,并且有助于藥用植物質(zhì)量和產(chǎn)量的提高[19],但變形菌門和酸酐菌門因其不同的生活方式,常被用作衡量土壤營養(yǎng)狀況的指標[20]。而酸桿菌門(Acidoba cteria)細菌在酸性土壤環(huán)境中豐度較高[21-22],其原因可能由于酸桿菌門(Acidobacteria)細菌是嗜酸性細菌,酸性土壤環(huán)境有利于其生理活動[23]。但在特定的土壤環(huán)境里,變形菌門(Proteobacteria)細菌和放線菌門(Actinobacteria)細菌的豐度會隨著酸桿菌門(Acidobacteria)細菌的豐度增多而下降[24],因此,可以解釋文山與臨高種植地的酸桿菌門較少。在屬水平上,結(jié)香和未結(jié)香細菌的豐度存在差異,未結(jié)香細菌優(yōu)勢屬相對豐度高于結(jié)香,可能是結(jié)香后白木香產(chǎn)生應激反應作用對根際土壤細菌群落產(chǎn)生了影響,導致結(jié)香后細菌群落豐度低于未結(jié)香。
根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)受多種因素的影響,如植物種類、生長階段、健康狀況,另外,土壤理化性質(zhì)對微生物群落也具有重要的影響,如土壤營養(yǎng)狀況、pH、溫度等[25-26]。而理化性質(zhì)是一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因素,土壤理化性質(zhì)與植物的根系發(fā)育、營養(yǎng)吸收[27]和根際土壤微生物群落的組成[6]有著密切的聯(lián)系。通過研究白木香土壤根際微生物細菌群落的分布和多樣性與環(huán)境因子之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),全磷與pH影響最為顯著,二者之間呈負相關(guān)。土壤pH是影響細菌群落分布的關(guān)鍵因素,與土壤細菌多樣性指數(shù)和主要菌門呈顯著正相關(guān),但與厚壁菌門、擬桿菌門呈顯著負相關(guān)。有研究也表明土壤微生物群落組成和土壤pH高度相關(guān)[28-29],土壤pH通過影響土壤理化性質(zhì)及土壤基質(zhì)組成來影響土壤細菌生物活性[30]。Bardgett等[31]和HGBERG等[32]研究表明,細菌群落結(jié)構(gòu)量會隨著pH的增加而增加,與本研究結(jié)論相符;表明土壤pH也會間接影響細菌群落結(jié)構(gòu),影響?zhàn)B分供應,特別是根部滲出物的數(shù)量與組成。本研究中土壤全磷也是影響細菌群落多樣性的一個主要因子與細菌多樣性指數(shù)和主要菌門呈顯著負相關(guān);研究表明,土壤中的磷元素多以不溶或難溶復雜化合物的方式存在,只有20%能被植物吸收利用,是限制植物生長的關(guān)鍵元素之一[33]。土壤解磷微生物,如假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、曲霉屬以及青霉屬等,能夠通過溶解或礦化過程釋放土壤全磷中的有機磷和無機磷供植物吸收,同時增強土壤微生物的固氮效率,促進植物生長[33]。Liu等[34]研究發(fā)現(xiàn),土壤磷含量在較老的森林土壤中是影響微生物群落結(jié)構(gòu)的重要環(huán)境因子。Cleveland等[35]研究也表明,在熱帶雨林里土壤磷的含量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動因子。由此可見,植物生長的環(huán)境、土壤的性質(zhì)是影響白木香根際細菌群落的主要因素,這些因素可能通過影響白木香根際細菌群落,間接作用于白木香樹體生長及沉香的形成。本研究通過根際環(huán)境差異探討了土壤細菌多樣性與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系,為全面掌握土壤微生物與沉香結(jié)香的關(guān)系,需在今后的深入開展土壤真菌、植物營養(yǎng)等方面的研究,以實現(xiàn)沉香的快速形成與品質(zhì)提升。
(1)3個樣地內(nèi)結(jié)香前后細菌群落和多樣性差異性不大,樣地間存在顯著差異。細菌豐富度和多樣性上由高到低依次為:LDJXgt;LDWJgt;LGWJgt;"LGJXgt;"WSWJgt;WSJX。
(2)在群落結(jié)構(gòu)上,樣地間存在顯著差異。在門水平上,文山和臨高土壤細菌群落結(jié)構(gòu)較為接近,其優(yōu)勢細菌門為厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門。而樂東的優(yōu)勢菌門為浮游菌門、綠彎菌門和疣微菌門。
(3)通過冗余分析表明,土壤理化性質(zhì)對細菌群落分布具有影響,其中pH和全磷是影響細菌群落分布的主要驅(qū)動因子。全磷與厚壁菌門、擬桿菌門呈顯著正相關(guān);pH與變形菌門、浮游菌門、疣微菌門、放線菌門、綠彎菌門、Myxococcot呈顯著正相關(guān)。
(4)環(huán)境因素、地形及海拔等因素會對微生物細菌群落造成一定的影響。該研究結(jié)果將為進一步深入探討白木香栽培營養(yǎng)精細管理、根際微生物互作及先進結(jié)香技術(shù)開發(fā)等方面研究奠定基礎,為推動海南沉香產(chǎn)業(yè)的健康、持續(xù)和快速發(fā)展提供支撐。
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