接种褐环乳牛肝菌对樟子松及油松根际土壤细菌群落的影响_包润泽.pdf

接种褐环乳牛肝菌对樟子松及油松根际土壤细菌群落的影响包润泽，张 星，姚庆智（内蒙古农业大学生命科学学院，内蒙古呼和浩特）摘要 目的 探究褐环乳牛肝菌（）对樟子松（）和油松（）根际土壤细菌群落结构的影响。方法 利用 高通量测序技术，分析 种松树的根际土壤在接种 与未接种处理下的细菌群落结构，同时结合土壤有机碳（）、含水量（）、速效磷（）和速效氮（）进行相关研究。结果 接种 后 种松树根际土壤中的有机碳、含水量、速效磷和速效氮含量均大于对照组。综合细菌 多样性指数及 发现，接种 后的樟子松和油松根际土壤细菌相对丰度与对照组存在显著差异（）。统计学分析显示，接种 显著影响了根际土壤细菌的丰富度，且有机质和物种数量、指数、指数呈显著正相关；此外，土壤含水量也与土壤细菌数量呈正相关关系。与对照组相比，接种 后根际土壤中变形菌门（）、厚壁菌门（）、疣微菌门（）和拟杆菌门（）的相对丰度均显著提高，优势属由原来的假节杆菌属（）转变为酸杆菌属（）。接种 后土壤细菌丰度上升的属与其所对应的 均呈负相关，表明樟子松和油松的生长喜好更偏向酸性环境。结论 接种 不仅影响了根际土壤细菌群落结构，且有效改善土壤中养分的供应能力，为后续研究樟子松和油松退化机理提供理论基础。关键词 褐环乳牛肝菌；土壤细菌；樟子松；油松中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，），（），（），（），（）（），（），（），（），；基金项目 内蒙古自然科学基金项目（）；内蒙古自治区科技计划项目（）；内蒙古农业大学生命科学学院创新团队项目（）。作者简介 包润泽（），男，内蒙古通辽人，硕士研究生，研究方向：应用与环境微生物学。通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事林业土壤微生物学研究。收稿日期 根际作为植物根系与土壤间进行能量和物质交换的直接界面，是微生物栖息的主要区域，被认为是地球上最活跃的界面之一。近年来，根际微生物组有关能促进植物宿主营养吸收、病虫害抵抗及胁迫适应的巨大潜力在相关研究中得到证实。根际微生物组内及与其他微生物组间的互作也影响微生物组的组装。微生物间互作方式包括营养依赖（）、协助扩散（）及群体感应（）等类型。其中特定细菌以真菌菌丝作为媒介，即利用所谓的“真菌高速公路（）”来提高其在土壤环境中的迁移速度，是微生物间协助扩散的典型形式。这一互作策略在构建土壤微生物网络中发挥重要作用。同时研究发现菌根辅助细菌（，）可以通过影响真菌菌丝的肌动蛋白细胞骨架进而导致菌丝形态的改变并提高菌丝延伸速度以达到提高侵染率的效果。另外 等利用 种外生菌根真菌（，）对 种 的选择性辅助效应进行研究，发现 具有真菌选择性且作用机制存在差异。随着生态建设的逐步深入，常绿针叶树种成为内蒙古地区造林、园林绿化的主要树种，在生态建设和环境恢复中发挥重要作用。樟子松（）、油松（）属深根性树种，其适应性强，耐旱、耐寒、抗瘠薄，是我国特有树种，也是内蒙古西部地区优良绿化树种，且在干旱及半干旱地区对水源涵养和水土保持的意义重大，随着苗木树龄增长和环境因子影响，目前油松和樟子松人工林面临林分环境变差、土壤肥力下降、林地生产力衰退等问题，严重影响城市绿化观赏价值和防护林的生态价值。在改善植物根际微环境及促进宿主植物生长等方面发挥重要作用。因此，笔者以接种 年后的樟子松 安徽农业科学，（）：，和油松根际土壤为研究对象，利用分子生物学技术研究接种 对针叶树根际土壤细菌群落结构和多样性的影响，旨在为保障樟子松林和油松林的健康生长提供理论依据。材料与方法 试验地概况 研究区域位于内蒙古呼和浩特市和林格尔县，该地区地处阴山山脉，大青山南部（，），海拔为 。年平均降水量为，属于半干旱地区。样品的采集与处理 供试菌株 （登录号：）由笔者所在实验室前期分离自樟子松根系，菌株接种于 液体培养基培养 后制备成液体菌剂备用；供试苗木选自 年内蒙古盛乐国际生态示范区苗圃，年生的裸根苗，采用蘸根法接种 菌剂，共 种处理方式：接种 菌剂的樟子松；接种菌剂的油松；不接种 菌剂的樟子松；不接种 菌剂的油松。于 年 月上旬在每个处理样地设计 个样方（），每个样方中选取 棵樟子松和油松作为重复（胸径为 左右），每棵樟子松和油松选取 个方位，用无菌刷轻刷样品根系，并收集根际土于无菌塑封袋，将每个样方的 份根际土壤样品均匀混合成 份样品，最终得到 份土样。新鲜土样过 目钢筛后立即贮藏于 冰箱内备用，用于后续检测。试验方法 土壤 的提取与高通量测序。土壤 提取和测序分析在诺禾致源公司 平台进行。土壤理化性质的测定。土壤含水量、有机质、速效氮和速效磷测定参考土壤理化分析与剖面描述。数据分析 使用、及 软件对原始数据进行过滤得到有效序列。基于 在相似水平为 的 进行聚类分析。用 软件分析样品的 多样性。利用 分析群落结构与环境因子的相关性，利用 分析环境因子对细菌群落的影响；利用 对试验数据进行可视化处理。结果与分析 接种 对樟子松和油松根际土壤理化性质的影响 与未接种菌剂的樟子松和油松相比，、处理的根际土壤含水量、有机碳、速效磷、速效氮含量较高，此外，接种菌剂后的樟子松和油松根际土 有所降低。表明在樟子松和油松根际土壤的能量流动和养分循环中发挥了重要作用，同时也极大地促进了养分循环和关键元素的利用率（表）。接种 对樟子松和油松根际土细菌群落的影响 不同处理下根际土壤细菌的分析（图）表明，个样品共获得 个细菌，、和 细菌特有 数分别为、和，表明接种后的油松根际土特有细菌 数大于对照组，而接种前的樟子松特有细菌 数远大于接种后，说明接种菌剂前后的细菌丰度有较大差异。表 土壤理化性质 样本含水量有机碳 速效氮 速效磷 注：接种 处理油松；接种 处理樟子松；未接种处理樟子松；未接种处理油松。同列不同小写字母表示不同样本间差异显著（）。：；图 样本 分布的 图 多样性 对 种处理下的根际土壤样品进行了 多样性分析，各土样的细菌 指数均高达以上，说明该研究样品文库测序数据量合理，可以反映样本中微生物的真实情况。对照组的 指数无显著变化（）。从图 可以看出，有机质和物种数量、指数和 指数呈显著正相关（），根际土壤含水量也与土壤微生物数量呈正相关关系。表明接种 显著影响了根际土壤细菌的丰富度（）。土壤细菌群落结构分析 在门分类水平上，与对照组相比，、处理组根际土壤中拟杆菌门（）、变形菌门（）、疣微菌门（）和厚壁菌门（）相对丰度均显著增加（）；而丝状菌门（）、酸杆菌门（）、古细菌门（）、绿弯菌门（）和浮霉菌门（）的相对丰度显明显降低（）（图）。在属水平上，在、处理组中，孢菌属（）、拟杆菌属（）、贪噬菌属（）、地杆菌属（）、假单孢菌属（）、单孢菌属（）、马赛菌属（）、溶杆菌属（）、根瘤菌属（）的相对丰度显著增大，而亚硝化球菌属 卷 期 包润泽等 接种褐环乳牛肝菌对樟子松及油松根际土壤细菌群落的影响图 细菌丰度与环境因子间相关性热图 图 根际土壤细菌门水平群落结构组分 （）、链霉菌属（）、隐盖氏菌属（）和微枝形杆菌属（）的相对丰度明显降低。此外，水恒杆菌属（）只有在 处理组的根际土壤样品中被检测到，相对丰度为。瘤胃球菌（）只在 处理组的根际土壤样品中被检测到，相对丰度为（图）。、主要属与理化性质相关性 总体来看，接种后的油松根际土壤细菌群落中，、和 与含水量（）、速效磷（）、有机质（）、速效氮（）呈正相关，其中 与、和 及 之间呈极显著关系（）（图）。而、和 的丰度在接种 后呈下降趋势。此外，丰度上升的属与 呈负相关。由图 可知，、与、和 呈显著正相关（）。而 在处理组、中的丰度呈下降趋势。丰度上升的属与 呈负相关，综合以上结果猜测樟子松可能更适应在酸性环境下生长。环境因素相关分析（分析）物种多样性指数与图 根际土壤细菌属水平群落结构组分 图 油松根际土壤细菌主要属与土壤理化性质的相关性 图 樟子松根际土壤细菌主要属与土壤理化性质的相关性 土壤理化因子的（）分析结果显示，轴（）和轴（）对土壤细菌丰度与土壤理化因子关系的累计解释量为，能真实有效地反映土壤细菌群 安徽农业科学 年落和 个土壤理化因子的梯度变化。由图 可知，的群落结构信息可由这 个环境因子解释，土壤理化因子对细菌群落变异的解释率分别为、，其中、的解释率为极显著（），可见、有机质和土壤含水量是影响物种多样性指数变化的主要因子。此外，与、处理组根际土壤细菌群落结构组成高度相关的环境因子是，且为正相关。结果表明主要环境因素影响了微生物群落结构。图 根际土壤细菌群落组成和土壤理化性质的冗余分析（）（）讨论土壤速效养分能够很好地反映土壤养分的存在状况。该研究结果表明，接种 能够提高速效养分在土壤中的积累，樟子松和油松根际土壤中速效氮较对照分别增加了和，速效磷较对照分别增加了 和，土壤中速效氮、速效磷与土壤肥力的相关性较大，同时在保障植株正常生长发育方面起到重要作用。速效氮、速效磷含量显著提升是因为 能够直接或间接地活化土壤中的固定养分，促进土壤中难溶性磷、钾的溶解和释放，促进土壤中营养元素转化为植物可吸收的形态，从而显著提高了速效氮和速效磷的含量，提高了土壤速效养分的供应能力，改善了土壤中养分的供应状况，增加土壤肥力。且 还能产生植物激素类物质，刺激和调节作物生长，能激发土壤中固定的钙、锌等微量元素，使植物生长健壮，营养状况得到改善。与此同时，速效磷还与樟子松和油松根际土壤细菌结构具有相关性，这可能是由于大部分解磷细菌为 的相关辅助细菌，接种 后其与土壤中的解磷菌互利共生，在提高解磷能力的同时也对土壤细菌群落产生了影响。在后续研究中，可重点关注微生物网络互作，进一步对外生菌根的促生机理开展深入探究。植物根际进行大量的物质交换和能量交换，而根际微生物多样性也与土壤肥力有显著相关性，所以根际土壤微生物群落结构和丰度是检测土壤健康及质量变化的关键指标。所以研究不同促生菌接种条件下，植物根际土壤微生物数量的变化规律，对于探索植物对土壤的作用过程和促生机理具有重要作用。等研究发现施加微生物菌剂会显著影响微生物数量及群落结构，这与该试验的结果相一致，可能是接种 后其次级代谢产物对一部分细菌的生长产生了抑制作用。指数和 指数是分析和说明微生物多样性的关键指数，可以反映样本微生物的群落结构差异。在该试验中，接种 处理与根际细菌丰富度和多样性呈正相关关系，这在一定程度上反映出接种 菌剂使得樟子松根际土壤细菌群落结构稳定性提高。土壤微生物中以细菌体量最大，种类丰富，所以生物量也高；、处理组根际土壤细菌多样性提高，同时土壤关键营养元素含量升高，表明根际土壤肥力提升，其原因可能是一些植物促生菌影响了植物根系原本的代谢状态，导致根际微环境发生改变，最终使得根际微生物群落结构发生改变。在变化过程中，根际土壤细菌群落结构发生变化，同时优势菌群相对稳定。由此可知，促生菌在植物定殖后，可以在保证微生物群落健康稳定的情况下发生改变，进而改善土壤环境微生态和土壤肥力。此外，接种 对樟子松、油松根际微生物的影响中，变形菌门微生物反应较为敏感，而土传致病菌的重要组成部分为变形菌门，因此推测褐环乳牛肝菌有拮抗病原菌的能力。结论与对照组相比，接种 后根际土壤中、和 的相对丰度均显著提高，优势属由原来的 转变为 。土壤中的速效养分含量提高；并发现有机质和物种数量、指数、指数呈显著正相关。该试验结果表明 对供试苗木的根际土壤细菌种群的多样性和种群结构产生了影响，具体表现为一些细菌种类的增多、减少和数量上的丰富，而发生变化的细菌种类还有待进一步确定。该研究为提高人工林生态系统的稳定性，维持樟子松、油松人工林健康、稳定和可持续发展提供新思路。参考文献 ，：，（）：，：，（）：，（），（）：，：，：（下转第 页）卷 期 包润泽等 接种褐环乳牛肝菌对樟子松及油松根际土壤细菌群落的影响，（），（）：，（）：刘睿，珠娜，郝云涛，等核桃低聚肽对大鼠胃黏膜损伤的保护作用食品科学，（）：周春晖，廖兵武，段迪，等三种猴头菇口服液对大鼠胃黏膜损伤的保护作用研究食品工业科技，（）：冯小东赤土茯苓苷对运动后小鼠应激性胃溃疡的保护作用动物医学进展，（）：蔡甜甜，潘华峰，张成哲，等黄芪甲苷保护胃癌前病变大鼠胃黏膜损伤研究中华中医药杂志，（）：虎喜成，田文荣，刘敬霞，等加味陈皮膏治疗慢性萎缩性胃炎临床观察中国中西医结合消化杂志，（）：，：，：潘世杰，丁丽婷，胡婕伦，等茯苓多糖对乙醇致小鼠急性胃黏膜损伤的辅助保护作用食品研究与开发，（）：杨行堂，林永辉，张俊杰，等甘草活性成分抗幽门螺杆菌实验研究同济大学学报（医学版），（）：刘海昀幽门螺旋菌患者应用葛根芩连汤治疗的临床观察健康导报（医学版），（）：赵家彪，廖军蒲公英联合奥美拉唑治疗幽门螺杆菌阳性糜烂性胃炎 例疗效观察中华现代内科学杂志，（）：，：谢勇，谢正兴，周南进，等壳聚糖及其衍生物体外抗幽门螺杆菌作用及影响因素中国药理学通报，（）：杨阳，张绪阳，常利华，等 种鸢尾属药用植物甲醇提取物体外抗炎活性研究中南药学，（）：丁丽婷，潘世杰，胡婕伦，等燕麦多糖对小鼠急性胃黏膜损伤的保护作用食品科学，（）：张晓凤，薛延团，张育浩，等沙棘甾醇对酒精性胃黏膜损伤的保护作用华西药学杂志，（）：，：，：，：，：徐仙赟，李洪亮，孙立波，等 味中药复方对大鼠胃黏膜损伤保护作用及血液指标的影响安徽农业科学，（）：，沈玖君，邓利玲，帅天罡，等魔芋粉对小鼠急性酒精性胃黏膜损伤和慢性酒精性肠损伤的影响食品科学，（）：张书，时昭红微米大黄炭对乙醇诱导大鼠急性胃黏膜损伤的保护作用及炎症因子的影响中国医院药学杂志，（）：王浩除幽汤联合四联疗法对 相关性胃溃疡患者胃黏膜愈合及炎症反应的影响临床研究，（）：袁奕清，胡小军芍药甘草汤加减对急性胃溃疡患者血清炎症因子、胃黏膜表皮生长因子及受体表达的影响世界中西医结合杂志，（）：，潘猛，徐德昌，孙永敢，等药食同源食品对大鼠酒精性胃黏膜损伤的影响中国食品学报，（）：李丽华，章圣朋，秦加旭，等香椿子提取物对实验性小鼠胃黏膜损伤保护作用中国临床药理学与治疗学，（）：（上接第 页）赵廷松，方文亮，范志远，等早实核桃新品种云新云林的选育中国果树，（）：，刘君慧核桃枝型特征及选优的初步研究河南农林科技，（）：班荔，肖朝新，班殿举贵州长顺小米核桃栽培现状及产业发展林业实用技术，（）：耿鹏飞，彭吟雪，胡传荣，等八大核桃产地的核桃理化性质及油脂特性对比研究中国油脂，（）：胡靖楠，蒋细春，林跃，等化香作砧木嫁接山核桃育苗及造林效果湖南林业科技，（）：，（），：，：（上接第 页），（）：，：，：？，（）：，（），（）：，（）：赵英顺乌兰察布市通道绿化建设综述与探疑内蒙古林业调查设计，（）：马钦彦，刘志刚，潘向丽，等华北落叶松人工林生长季内的林冠结构和光分布北京林业大学学报，（）：任悦，高广磊，丁国栋，等沙地樟子松人工林叶片枯落物土壤有机碳含量特征北京林业大学学报，（）：王家源，殷小琳，任悦，等毛乌素沙地樟子松外生菌根真菌多样性特征微生物学通报，（）：裴顺祥，法蕾，杜满义，等环境因子对中条山油松人工林下物种分布的影响浙江农林大学学报，（）：褚洪龙外生菌根真菌和深色有隔内生真菌提高油松抗松萎蔫病机制的研究杨凌：西北农林科技大学，刘光崧土壤理化分析与剖面描述北京：中国标准出版社，罗佳煜，宋瑞清，邓勋，等 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