龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征.pdf

姚胜勋,梁爱湖,陆素芬,等.龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征收稿日期:2 0 2 2 1 1 2 8 修回日期:2 0 2 2 1 2 3 1*广西高校中青年教师基础能力提升项目(2 0 2 0 KY 1 5 0 1 6)资助。【第一作者简介】姚胜勋(1 9 8 6-),男,助理研究员,主要从事环境微生物生态学研究,E m a i l:y s h x h c 1 6 3.c o m。【*通信作者】李启虔(1 9 8 6-),男,博士,副教授,主要从事植物根系微生物研究,E m a i l:q i q i a n l i h c n u.e d u.c n。【引用本文】姚胜勋,梁爱湖,陆素芬,等.龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征J.广西科学,2 0 2 3,3 0(3):4 5 5 4 6 7.YAO S X,L I AN G A H,L U S F,e t a l.C h a r a c t e r i s t i c s o f S o i l B a c t e r i a l C o mm u n i t i e s i n R h i z o s p h e r e a n d B u l k S o i l o f B a m b u s a p e r v a r i a b i l i s M c-C l u r e i n t h e R i p a r i a n Z o n e o f L o n g j i a n g R i v e r J.G u a n g x i S c i e n c e s,2 0 2 3,3 0(3):4 5 5 4 6 7.生物科学龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征*姚胜勋1,2,梁爱湖2,陆素芬2,盘子涵1,李启虔2,3*,潘远梅2(1.广西科学院海洋腐蚀防护研究院,广西南宁 5 3 0 0 0 7;2.河池学院化学与生物工程学院,广西河池 5 4 6 3 0 0;3.河池学院广西现代蚕桑丝绸协同创新中心,广西河池 5 4 6 3 0 0)摘要:为探究龙江河河岸带撑篙竹(B a m b u s a p e r v a r i a b i l i s M c C l u r e)根际与非根际土壤细菌群落组成特征,揭示土壤细菌群落的相互作用与功能特征,以及影响细菌群落组成的环境因素,本研究开展该区域土壤理化环境因子调查,并进行土壤细菌群落高通量测序分析。结果表明,撑篙竹根际土壤p H值、氨氮(NH+4 N)、硝氮(NO-3 N)和速效磷(A v a i l a b l e P h o s p h o r u s,A P)均低于非根际土壤,水分含量(M o i s t u r e C o n t e n t,MC)和土壤有机质(S o i l O r g a n i c M a t t e r,S OM)含量则高于非根际土壤,部分理化指标之间存在显著相关性。多样性分析表明,撑篙竹根际土壤细菌群落丰富度较非根际土壤高,而多样性较非根际土壤低;放线菌门(A c t i n o b a c t e-r i o t a,2 6.9 3%)、变 形 菌 门(P r o t e o b a c t e r i a,1 7.6 3%)、P a t e s c i b a c t e r i a(4.2 8%)、黏 球 菌 门(M y x o c o c c o t a,3.2 5%)和蓝藻门(C y a n o b a c t e r i o t a,2.6 5%)等5个门,以及 变形菌纲(G a mm a p r o t e o b a c t e r i a,9.5 6%)、变形菌 纲(A l p h a p r o t e o b a c t e r i a,8.0 6%)、酸 微 菌 纲(A c i d i m i c r o b i i a,3.6 4%)、K D 4 9 6(2.9 7%)、P o l y a n g i a(2.6 4%)、S a c c h a r i m o n a d i a(2.6 5%)和蓝藻纲(C y a n o b a c t e r i a,2.5 8%)等7个纲在根际土壤中均表现出一定程度的富集现象。单因素网络分析表明,相比于非根际土壤,根际土壤细菌类群之间相互作用更复杂、联系更紧密。京都基因与基因百科全书(K y o t o E n c y c l o p e d i a o f G e n e s a n d G e n o m e s,K E G G)功能注释表明,细菌群落功能通路主要为新陈代谢和环境信息处理。相关性分析表明,土壤细菌群落相对丰度主要与土壤p H值和MC存在显著相关性。根据上述结果,龙江河河岸带撑篙竹根际土壤细菌群落主要受到土壤p H值和MC影响,与碳、氮、磷、硫、铁等元素循环有关,可能在促进植物生长和环境保护方面发挥重要作用。关键词:河岸带;撑篙竹;根际土壤;细菌群落组成特征;微生物多样性中图分类号:X 5 9 2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5 9 1 6 4(2 0 2 3)0 3 0 4 5 5 1 3D O I:1 0.1 3 6 5 6/j.c n k i.g x k x.2 0 2 3 0 3 2 9.0 0 2554广西科学,2 0 2 3年,3 0卷,第3期 G u a n g x i S c i e n c e s,2 0 2 3,V o l.3 0 N o.3 “根 际”一 词 最 早 由 德 国 微 生 物 学 家L o r e n z H i l t n e r提出,是指与植物根系紧密接触的、距根面1-2 mm的土壤环境1。根际土壤受植物根系的直接影响,在能量代谢和物质循环方面最为活跃,是植物和微生物相互作用的重要场所2,3,因此,近年来根际土壤细菌群落组成特征及其对根系的响应备受关注4。根际土壤细菌群落与植物根系在长期作用过程中形成了协同进化和互惠共生的关系5。植物代谢的碳有1 0%-4 0%以根分泌物、黏液、溶解物和脱落细胞等形式转移到土壤中6,这些有机物能为根际土壤提供较为丰富的碳源,能够刺激或抑制微生物活性和种群的发展,从而引起根际土壤环境微生物群落组成的演替变化7,8。土壤中细菌群落的代谢活动能促进碳、氮、磷、钾等元素化合物的分解9 1 3,增加植物营养元素的有效性1 4,1 5;土壤细菌群落还可以通过产生植物生长激素等促进植物生长1 6,同时,一些细菌群落还能分泌抑菌类次生代谢产物,通过抑制病原微生物的生长而保护植物免受侵害,为抵御土壤传播病原体的根系感染提供了第一道防线1 4,1 7 2 0,在保护植物免受病原体的侵害和促进植物生长等方面发挥重要作用。因此,在农业上,作物根际和非根际土壤细菌群落组成特征可以反映土壤肥力和健康状况2 1;在自然生态环境的研究中,对植物根际土壤与非根际土壤细菌群落组成的研究,在理解生态系统功能方面具有重要意义2 2。而植物和土壤细菌群落之间的相互作用关系复杂而多样,不同植物对细菌群落组成与功能的影响不同7,所以有必要进一步开展不同植物根际和非根际土壤环境细菌群落组成特征、功能特征及其对环境响应方面的调查研究。河岸带是河流与陆地的交错地带,具有拦截污染、保持水土、维护景观和生物多样性等生态服务功能2 3 2 7,受到洪水冲刷和水位涨落的影响,河岸带稳定性较低,极易发生水土流失2 7,因此,良好的植被条件是河岸带发挥正常生态服务功能的基础。撑篙竹(B a m b u s a p e r v a r i a b i l i s M c C l u r e)是华南地区河岸带广泛分布的植物种类,在河岸护坡固岸和防止水土流失方面发挥重要作用,其发达的须根系能有效截留和吸收河岸带土壤中的污染物,从而保护河流免受污染,但是关于撑篙竹的研究多局限于其药用价值的研究2 8,而其生态服务功能的研究鲜有报道。龙江河为珠江水系上游重要支流,地处典型喀斯特地貌环境,土地资源匮乏,土壤侵蚀严重,对其河岸带的保护十分必要。因此,本研究选取龙江河河岸带为研究区域,研究撑篙竹根际和非根际土壤中细菌群落组成特征、功能差异及其环境影响因子,以期为河岸带生态环境保护提供基础数据支撑。1 材料与方法1.1 样品采集 本实验样品采集于广西龙江河沿岸,采样区域分布于龙江河宜州段的上游怀远古镇至下游三岔镇,依次设置8个采样点,采样点经纬度如表1所示。各采样点均选取有撑篙竹生长的地方,分别采集0-2 0 c m的根际土壤(R h i z o s p h e r e s o i l,简称:R,分别标记为R 1、R 2、R 3、R 8)和非根际土壤(B u l k s o i l,简称:B,分别标记为B 1、B 2、B 3、B 8),其中,根际土壤为附着在竹根表面1-2 mm的土壤1,2 9,非根际土壤为竹根附近与竹根距离较远的土壤。根际土壤和非根际土壤均分别采集2组,其中一组采集约1 k g(根际土壤约0.3 k g),装入聚乙烯塑料袋,带回实验室风干,用于理化指标测定;另一组分别取适量根际和非根际土壤装入配有D NA保存液的5 0 m L离心管中,置于冰上,带回实验室-8 0 保存,用于土壤中细菌D NA提取。共采集到1 6个土壤样品。表1 采样点经纬度T a b l e 1 L a t i t u d e a n d l o n g i t u d e o f t h e s a m p l i n g s i t e采样点S a m p l i n g s i t e经度(E)L o n g i t u d e(E)纬度(N)L a t i t u d e(N)A1 0 8.4 8 8 0 2 4.5 6 3 6 B1 0 8.5 3 7 5 2 4.5 4 3 5 C1 0 8.5 0 6 1 2 4.5 6 7 2 D1 0 8.6 3 4 0 2 4.5 0 0 2 E1 0 8.6 7 7 1 2 4.4 9 4 1 F1 0 8.7 9 2 6 2 4.5 1 8 3 G1 0 8.8 4 1 7 2 4.5 3 3 3 H1 0 8.9 6 0 3 2 4.4 7 1 4 1.2 土壤理化因子检测 风干土壤过1 0目尼龙筛后,将去离子水和土壤按2.51(体积质量)比例混匀1 m i n,静置3 0 m i n,用p H计测定p H值;采用1 m o l/L K C l溶液浸提,连 续 流 动 分 析 仪 测 定 氨 氮(NH+4N)、硝 氮(NO-3 N)和亚硝氮(NO-2 N)含量;采用0.5 m o l/L N a HC O3溶液浸提,钼锑抗显色,紫外可见分光光度计测定速效磷(A v a i l a b l e P h o s p h o r u s,A P)含量;采654姚胜勋,梁爱湖,陆素芬,等.龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征用重铬酸钾稀释热法测定土壤有机碳(S o i l O r g a n i c C a r b o n,S O C)含量,土壤有机质(S o i l O r g a n i c M a t-t e r,S OM)含量等于S O C含量乘以1.7 2 4;采用烘干法测定土壤水分含量(M o i s t u r e C o n t e n t,MC)。1.3 D N A提取、P C R扩增及高通量测序 土壤细菌D NA提取按照F a s t D NAS p i n K i t f o r S o i l说明书进行,D NA提取后采用1%琼脂糖凝胶电泳,以D NA M a r k e r为对照检测;D NA浓度通过紫外可见分光光度计检测,确保满足测序要求后,将经过纯化后的D NA溶于5 0 L的T E缓冲液中,置于冰上,送到上海美吉生物医药科技有限公司(以下简称美吉生物公司)进行1 6 S r R NA基因测序。P C R扩增选择细菌1 6 S r R NA基因通用引物3 3 8 F(5 A C T C C T A C G G GAG G C AG C AG 3)和8 0 6 R(5 G GA C T A CHVG G G TWT C T AAY3),1 6 S r R NA基因扩增区域为V 3-V 4高变区3 0,高通量测序在美吉生物公司I l l u m i n a M i S e q P E 3 0 0平台进行。1.4 数据分析 细菌群落原始测序数据已上传至N C B I网站(编号为P R J NA 8 8 2 6 3 5)。结果分析及图形绘制采用美吉生物生信云工具(h t t p s:/c l o u d.m a j o r b i o.c o m/)完成,数据分析前,采用云平台自带的分析模块按最小样本序列数进行数据抽平处理3 1。多样性指数组间差异分析采用S t u d e n t s t检验方法;P C o A分析基于B r a y C u r t i s距离算法进行,组间差异检验采用相似性分析(ANO S I M)方法;细菌群落组成组间差异分析采用S t u d e n t s t检验方法、错误发现率(F a l s e D i s c o v e r y R a t e,F D R)多重检验校正;门水平上物种相对丰度与环境因子的相关性分析采用S p e a r m a n相关系数类型A v e r a g e层级聚类方式。单因素网络分析方法选取相对丰度前5 0的属构建|S p e a r m a n相关系数|0.5且P0.0 5的网络,网络图中的每个节点代表一个属,每条边代表节点之间存在显著相关性,使用G e p h i 0.9.2软件计算每个网络图的拓扑参数,包括平均度、边数、平均聚类系数、平均路径长度、网络密度3 2。土 壤 环 境 理 化 因 子 数 据 采 用E x c e l 2 0 1 0软件进行处理;环境理化因子之间的相关性采用I BM S P S S S t a t i s t i c s 2 4软件进行分析,多重比较选择ANOVA检验。2 结果与分析2.1 撑篙竹根际和非根际土壤营养与环境理化因子分析 撑篙竹根际和非根际土壤环境理化因子及其P e a r s o n相 关 性 分 析 见 表2。根 际 土 壤p H值、NH+4 N、NO-3 N和A P均低于非根际土壤,其中p H值和NH+4 N在根际和非根际土壤之间差异显著(P0.0 5)。表2 根际和非根际土壤环境理化因子及其P e a r s o n相关性分析T a b l e 2 E n v i r o n m e n t a l p h y s i c a l a n d c h e m i c a l f a c t o r s i n r h i z o s p h e r e a n d b u l k s o i l s a n d t h e i r P e a r s o n c o r r e l a t i o n a n a l y s i s理化指标P h y s i c a l a n d c h e m i c a l f a c t o r s测定值(平均值标准差)M e a s u r e d v a l u e(M e a n s t a n d a r d d e v i a t i o n)P e a r s o n相关性系数P e a r s o n c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n tRBp H值p H v a l u eNH+4 N NO-2 N NO-3 NA PMCS OMp H v a l u e7.3 70.1 6b7.6 70.1 7a1.0 0 00.6 2 8*0.2 1 10.3 5 20.0 9 3-0.4 6 2-0.5 8 4*NH+4 N1 6.9 30.5 2b1 7.8 61.0 9a1.0 0 0-0.1 1 0-0.2 1 6-0.0 6 2-0.2 3 2-0.3 8 7NO-2 N0.0 60.0 2a0.0 60.0 2a1.0 0 0 0.5 0 7*0.2 2 6-0.1 1 7-0.3 4 5NO-3 N1.0 70.6 1a1.2 20.6 3a1.0 0 0 0.5 0 1*-0.4 4 1-0.4 8 9A P2.5 91.2 4a2.8 30.8 1a1.0 0 0-0.3 3 0-0.3 1 3MC2 2.5 90.9 4a2 2.0 20.6 7a1.0 0 00.6 5 4*S OM2 1.5 60.6 5a2 1.0 90.5 7a1.0 0 0N o t e:*i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n(P0.0 5);*i n d i c a t e s e x t r e m e l y s i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n(P0.0 1);d i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a t t h e P0.0 5 l e v e l b e t w e e n t w o t y p e s o f s o i l;t h e u n i t o f t h e m e a s u r e d v a l u e i s m g/k g,e x c e p t p H v a l u e.根际和非根际土壤共1 6个样本各项环境理化因子之间 相 关 性 分 析 的 结 果(表2)显 示,p H值 与NH+4 N、NO-2 N与NO-3 N、NO-3 N与A P,以及MC与S OM这4组环境理化因子之间存在显著正相关关系,其中,p H值与NH+4 N、MC与S OM这2组之间相关性达到极显著水平(P0.0 1),其他2组之间则达到显著水平(P0.0 5)。p H值与S OM之间存在显著负相关关系,其他理化因子之间部分存在一754广西科学,2 0 2 3年,3 0卷,第3期 G u a n g x i S c i e n c e s,2 0 2 3,V o l.3 0 N o.3定的相关性,但是相关性均不显著。2.2 细菌群落组成与结构特征2.2.1 细菌群落组成多样性分析 通 过 对 细 菌 群 落1 6 S r R NA基 因I l l u m i n a M i S e q高通量测序,龙江河岸撑篙竹根际和非根际土壤中共获得有效序列5 3 4 2 0 6条,以9 7%相似性阈值进行微生物操作分类单元(O p e r a t i o n a l T a x o n o m i c U n i t,OTU)聚类,在根际和非根际土壤中分别获得5 1 1 7和5 2 7 4个OTU s。V e n n图显示,根际和非根际土壤共有的OTU s为4 4 6 0个,非根际土壤特有的OTU s较根际土壤的高 图1(a)。通过对1 6 S r R NA基因高通量测序结果比对,进行撑篙竹根际和非根际土壤细菌群落丰富度和多样性指 数 统 计 图1:(b)(c)。多 样 性 分 析 结 果 图1(b)显示,根际土壤中S h a n n o n指数高于非根际土壤,而S i m p s o n指数低于非根际土壤,已有研究表明S h a n n o n指数对物种丰富度更敏感,而S i m p s o n指数对物种的均匀度更敏感3 3,结合根 际土壤中A C E和C h a o 1指数均高于非根际土壤,可判定根际土壤细菌群落丰富度较非根际土壤高,而多样性较非根际土壤低。基于B r a y_C u r t i s距离,在OTU水平上对根际和非根际土壤进行P C o A分析 图1(c),结果显示P C 1和P C 2分别解释了2 2.1%、1 7.0%的变异,累计解释度达到3 9.1%,基于ANO S I M组间差异检验,根际和非根际土壤的细菌群落组成存在显著差异(R=0.1 7 0 8,P=0.0 0 6 0)。图1 撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落组成多样性分析F i g.1 R i c h n e s s a n d d i v e r s i t y o f b a c t e r i a l c o mm u n i t i e s i n r h i z o s p h e r e a n d b u l k s o i l o f B.p e r v a r i a b i l i s M c C l u r e2.2.2 细菌群落组成分析 在门和纲水平上,撑篙竹根际和非根际土壤中细菌群落组成种类相似,但是不同采样点之间,根际土壤细菌群落的相对丰度变化较大,而非根际土壤细菌群落的相对丰度分布较均匀(图2)。D a i等3 4按照不同的物种相对丰度提出了物种的划分方法,即在所有样本中相对丰度均大于1%的物种为丰富物种,在0.1%-1%的为中等物种,小于0.1%的为稀有物种。根据该分类方法,龙江河岸撑篙竹根际与非根际土壤的细菌群落相对丰度前1 5的门和纲均属于中等物种及以上水平。在门水平上,属于丰富物种的细菌群落有放线菌门(A c t i n o b a c t e r i o t a)、变形菌门(P r o t e o b a c t e r i a)、酸杆菌门(A c i d o b a c t e r i o t a)、绿弯菌门(C h l o r o f l e x i)、芽单胞菌门(G e mm a t i m o n a d o t a)、髌骨菌门(P a t e s c i-b a c t e r i a)、黏球菌门(M y x o c o c c o t a)等7个门,它们在根际土壤中平均相对丰度分别为2 6.9 3%、1 7.6 3%、1 2.1 7%、1 2.1 4%、7.9 4%、4.2 8%和3.2 5%,在非根际土壤中平均相对丰度分别为1 9.7 8%、1 6.4 6%、1 6.6 6%、1 3.3 2%、1 1.9 3%、2.6 4%和3.0 0%。其中,根际土壤中放线菌门、变形菌门、髌骨菌门和黏球菌门4个门的相对丰度高于非根际土壤,在根际土壤中表现出一定程度的富集现象,而其他3个门的相对丰度则在非根际土壤中更高。此外,根际土壤中属于丰 富 物 种 的 门 还 有 蓝 藻 门(C y a n o b a c t e r i o t a,2.6 5%),非 根 际 土 壤 中 还 有L a t e s c i b a c t e r o t a(1.5 3%)和浮霉菌门(P l a n c t o m y c e t o t a,2.0 2%)。854姚胜勋,梁爱湖,陆素芬,等.龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征R a i s t h e a v e r a g e r e l a t i v e a b u n d a n c e i n t h e r h i z o s p h e r e s o i l;B a i s t h e a v e r a g e r e l a t i v e a b u n d a n c e i n t h e b u l k s o i l.图2 撑篙竹根际与非根际土壤相对丰度前1 5的细菌群落组成 F i g.2 C o m p o s i t i o n o f b a c t e r i a l c o mm u n i t i e s i n t h e t o p 1 5 r e l a t i v e a b u n d a n c e i n r h i z o s p h e r e a n d b u l k s o i l o f B.p e r v a r i a b i l i s M c C l u r e 在纲水平上,根际和非根际土壤中属于丰富物种的细菌群落有放线菌纲(A c t i n o b a c t e r i a)、变形菌纲(G a mm a p r o t e o b a c t e r i a)、变形菌纲(A l p h a p r o-t e o b a c t e r i a)、V i c i n a m i b a c t e r i a、芽 单 胞 菌 纲(G e m-m a t i m o n a d e t e s)、嗜热油菌纲(T h e r m o l e o p h i l i a)、厌氧绳菌纲(A n a e r o l i n e a e)、酸微菌纲(A c i d i m i c r o b i-i a)、K D 4 9 6和P o l y a n g i a等1 0个,它们在根际土壤中 相 对 丰 度 分 别 为1 3.8 9%、9.5 6%、8.0 6%、7.8 9%、7.5 2%、7.7 4%、3.9 7%、3.6 4%、2.9 7%和2.6 4%,在非根际土壤中相对丰度分别为7.8 9%、1 0.6 4%、5.8 2%、1 0.0 7%、1 1.5 2%、7.8 8%、5.4 4%、2.6 2%、2.2 9%和1.9 2%。其中,根际土壤中放线菌纲、变形菌纲、酸微菌纲、K D 4 9 6和P o l y a n g i a 5个纲的相对丰度较非根际土壤的高,在根际土壤中存在一定程度的富集现象,而其他5个纲的相对丰度则在非根际土壤中更高。此外,属于丰富物种的纲中,根954广西科学,2 0 2 3年,3 0卷,第3期 G u a n g x i S c i e n c e s,2 0 2 3,V o l.3 0 N o.3际土壤中还有S a c c h a r i m o n a d i a(2.6 5%)和蓝藻纲(C y a n o b a c t e r i a,2.5 8%),非根际土壤中还有B l a s t o-c a t e l l i a(2.5 7%)。为研究根际和非根际土壤中细菌群落组成的差异情况,在门和纲水平上,基于K r u s k a l W a l l i s秩和检验进行根际和非根际土壤中细菌群落差异分析(图3)。结果显示,在门水平上,存在显著差异的细菌群落共有6个,其中,P a t e s c i b a c t e r i a属于丰富物种,其相对丰度在根际土壤中显著高于非根际土壤,M e t h-y l o m i r a b i l o t a、厚 壁 菌 门(F i r m i c u t e s)、R C P 2 5 4、C a l d i t r i c h o t a和D e p e n d e n t i a e这5个门的细菌群落相对丰度在根际土壤中显著低于非根际土壤。在纲水平上,存在显著差异的细菌群落共有1 2个,其中,放线菌纲、变形菌纲和S a c c h a r i m o n a d i a这3个纲的细菌群落在根际和非根际土壤中均属于丰富物种,相对丰度在根际土壤中均显著高于非根际土壤;其余存在显著差异的9个纲的物种中,前4个纲为中等物种,后4个为稀有物种,这9个纲的细菌群落相对丰度在根际土壤中均显著低于非根际土壤。*i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e(P0.0 5);*i n d i c a t e s e x t r e m e l y s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e(P0.0 1).图3 撑篙竹根际与非根际土壤存在显著差异的细菌群落 F i g.3 B a c t e r i a l c o mm u n i t i e s o f s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n r h i z o s p h e r e a n d b u l k s o i l o f B.p e r v a r i a b i l i s M c C l u r e2.2.3 关键物种的相互作用与功能分析 为研究根际和非根际土壤中细菌之间的相互关系情况,在属水平上选取丰度前5 0的细菌群落进行单因素网络分析(图4)。撑篙竹根际土壤网络由4 5个节点、2 4 9条 边 组 成,其 中 正 相 关1 2 5条(占 比5 0.2 0%);非根际土壤网络由4 9个节点,1 4 3条边连接而成,其中正相关7 2条(占比5 0.3 5%)。根际和非根际土壤中细菌群落的平均度指数分别为1 1.0 6 7和5.8 3 7,平 均 聚 类 系 数 指 数 值 分 别 为0.6 5 0和0.4 9 8,平均图密度指数值分别为0.2 5 2和0.1 2 2。网络拓扑特性参数表明根际土壤细菌网络更复杂,连接更紧密。此外,M i c r o s c i l l a c e a e(度=2 5)、G a i e l l a 064姚胜勋,梁爱湖,陆素芬,等.龙江河河岸带撑篙竹根际与非根际土壤细菌群落特征(度=2 1)、土壤红杆菌属(S o l i r u b r o b a c t e r,度=1 8)、类诺卡氏 属(N o c a r d i o i d e s,度=1 6)、A c i d i b a c t e r(度=1 3)、硝 化 螺 菌 属(N i t r o s p i r a,度=1 2)和P o l y c y c l o v o r a n s(度=1 2)等是根际土壤网络中的关键物种;而在非根际土壤网络中关键物种较少,只有硝化螺菌属(N i t r o s p i r a,度=9)和G a i e l l a(度=8)等具有较多的连接。图4 属水平相对丰度前5 0的细菌群落单因素网络分析F i g.4 S i n g l e f a c t o r n e t w o r k a n a l y s i s o f b a c t e r i a l c o mm u n i t y i n t h e t o p 5 0 r e l a t i v e a b u n d a n c e a t g e n u s l e v e l 基于T a x 4 F u n细菌群落功能预测工具对1 6 S r R NA基 因 序 列 进 行 京 都 基 因 与 基 因 百 科 全 书(K y o t o E n c y c l o p e d i a o f G e n e s a n d G e n o m e s,K E G G)功能注释,根际和非根际土壤中细菌群落相对丰度1%或者存在显著差异(P0.0 5)的一级、二级功能通路相对丰度见表3。在一级功能层面获得6类功能通路,其中,新陈代谢(M e t a b o l i s m)和环境信息处理(E n v i r o n m e n t a l i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g)为主要功能通路,且前者在根际和非根际土壤中相对丰度分别达到6 1.7 2 2%和6 1.1 7 6%,后者相对丰度分别达到1 9.6 2 3%和2 0.2 2 7%。两大一级功能通路在根际和非根际土壤中的相对丰度均存在显著差异。二级功能分析表明,新陈代谢通路中,根际和非根际土壤中有辅因子和维生素的代谢(M e t a b o l i s m o f c o f a c t o r s a n d v i t a m i n s)、其他次生代谢物的生物合成(B i o s y n t h e s i s o f o t h e r s e c o n d a r y m e t a b o l i t e s)、氨基酸代谢(Am i n o a c i d m e t a b o l i s m)、萜类和聚酮类 的 代 谢(M e t a b o l i s m o f t e r p e n o i d s a n d p o l y k e t i d e s)和其他氨 基酸的代谢(M e t a b o l i s m o f o t h e r a m i n o a c i d s)等5个代谢通路的相对丰度存在显著差异。其中,除了萜类和聚酮类的代谢通路的相对丰度在根际土壤中显著低于非根际土壤外,其他4个代谢通路的相对丰度在根际土壤中均显著高于非根际土壤。环境信息处理通路中,信号传导(S i g n a l t r a n s d u c t i o n)通路的相对丰度在根际土壤中显著低于非根际土壤;有机系统通路中,内分泌系统(E n d o-c r i n e s y s t e m)通路的相对丰度在根际土壤中显著低于非根际土壤,循环系统(C i r c u l a t o r y s y s t e m)和消化系统(D i g e s t i v e s y s t e m)通路的相对丰度在根际土壤中显著高于非根际土壤;人类疾病通路中,传染病:164广西科学,2 0 2 3年,3 0卷,第3期 G u a n g x i S c i e n c e s,2 0 2 3,V o l.3 0 N o.3寄生(I n f e c t i o u s d i s e a s e:p a r a s i t i c)和 心 血 管 疾 病(C a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e)通路的相对丰度在根际土壤中显著高于非根际土壤,癌症:特定类型(C a n c e r:s p e c i f i c t y p e s)通路的相对丰度在根际土壤中显著低于非根际土壤。表3 根际和非根际土壤细菌群落相对丰度1%或者存在显著差异(P0.0 5)的一级、二级功能通路丰度T a b l e 3 P r i m a r y a n d s e c o n d a r y f u n c t i o n a l p a t h w a y a b u n d a n c e w i t h 1%o r s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t(P0.0 5)b a c t e r i a l c o mm u n i-t i e s i n r h i z o s p h e r e a n d b u l k s o i l s一级功能通路P r i m a r y f u n c t i o n a l p a t h w a y相对丰度/%R e l a t i v e a b u n d a n c e/%RB二级功能通路S e c o n d a r y f u n c t i o n a l p a t h w a y相对丰度/%R e l a t i v e a b u n d a n c e/%RBM e t a b o l i s m6 1.7 2 2a6 1.1 7 6bC a r b o h y d r a t e m e t a b o l i s m1 2.8 3 81 2.7 8 6L i p i d m e t a b o l i s m3.6 8 33.6 8 9M e t a b o l i s m o f c o f a c t o r s a n d v i t a m i n s7.0 7 1a6.9 6 0bE n e r g y m e t a b o l i s m7.2 6 67.3 0 5N u c l e o t i d e m e t a b o l i s m5.0 5 65.0 4 8B i o s y n t h e s i s o f o t h e r s e c o n d a r