同质园环境和遗传分化影响锦...土壤固氮菌多样性和群落结构_魏庐潞.pdf

2023,31(4):22477,pages 112 doi:10.17520/biods.2022477 收稿日期:2022-08-10;接受日期:2022-11-08 基金项目:宁夏自然科学基金(2022AAC05008)和国家自然科学基金(31860142)*通讯作者 Author for correspondence.E-mail: https:/www.biodiversity-同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 魏庐潞1,2,徐婷婷3,李媛媛4,喆艾4,马飞1,2*1.宁夏大学生态环境学院,银川 750021;2.宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地,银川 750021;3.宁夏大学生命科学学院,银川 750021;4.宁夏大学地理科学与规划学院,银川 750021 摘要:环境和遗传分化共同影响植物的功能性状,进而能够通过根系分泌物影响根际微生物。本研究利用同质园试验,通过高通量测序技术,基于固氮酶基因nifH的同源性,分析同质园栽培的不同种源小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、中间锦鸡儿(C.liouana)和荒漠锦鸡儿(C.roborovskyi)根际土壤固氮菌多样性,并探究其与种源地气候及同质园土壤属性的关系。结果表明,3种锦鸡儿植物根际土壤固氮菌隶属6门9纲18目21科33属72种,其中变形菌门、疣微菌门和蓝细菌门为优势门,优势属为中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、固氮氢自养单胞菌属(Azohydromonas)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)。3种锦鸡儿根际土壤固氮菌多样性种间差异不显著,但中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌的多样性存在显著的种内差异(P 0.05),小叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌群落结构存在显著的种内差异(P 0.05)。冗余分析表明同质园土壤pH和种源地年均温分别是影响3种锦鸡儿根际土壤固氮菌多样性和群落结构变化的主要因子,说明3种锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌群落多样性受同质园环境与遗传分化的共同调控。本研究结果为锦鸡儿属植物的生态适应机制和引种栽培提供理论依据和数据支持。关键词:锦鸡儿;同质园;固氮菌;多样性和群落结构;种源地气候 魏庐潞,徐婷婷,李媛媛,艾喆,马飞(2023)同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构.生物多样性,31,22477.doi:10.17520/biods.2022477.Wei LL,Xu TT,Li YY,Ai Z,Ma F(2023)The common garden environment and genetic differentiation jointly influence the diversity and community structure of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of three Caragana species.Biodiversity Science,31,22477.doi:10.17520/biods.2022477.The common garden environment and genetic differentiation jointly influence the diversity and community structure of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of three Caragana species Lulu Wei1,2,Tingting Xu3,Yuanyuan Li4,Zhe Ai4,Fei Ma1,2*1 School of Ecology and Environment,Ningxia University,Yinchuan 750021 2 Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China,Ningxia University,Yinchuan 750021 3 School of Life Sciences,Ningxia University,Yinchuan 750021 4 School of Geography and Planning,Ningxia University,Yinchuan 750021 ABSTRACT Aims:Environmental and genetic factors are believed to be the main drivers of variation of plant function traits,which may further influence rhizosphere soil bacteria through root exudates.However,it still remains unclear whether the genetic differentiation would affect the diversity and community structure of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of plant species.Methods:A common garden experiment was established to examine the diversity and community structure of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of three Caragana from different provenances by using high-throughput 研究报告 魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第2页 sequencing techniques,which was subsequently correlated with the provenance climates and common garden soil properties to investigate how the environmental factor and genetic differentiation affect the rhizosphere nitrogen-fixing bacterial diversity and community structure.Results:The present results demonstrated that the rhizosphere nitrogen-fixing bacteria of three Caragana species belonged to 6 phyla,9 classes,18 orders,21 families,33 genera and 72 species.Proteobacteria,Verrucomicrobia and Cyanobacteria were the main dominant phyla of the three Caragana species of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil,and Mesorhizobium,Azohydromonas and Bradyrhizobium were the dominant genera.There were no significant differences in the diversity and community structure of rhizosphere nitrogen-fixing bacteria among the three Caragana species,but significant differences in the diversity index between provenances were observed in C.liouana and C.roborovskyi(P 0.05).The community structure between provenances of C.microphylla and C.roborovskyi was also significant(P 0.05).Furthermore,redundancy analysis showed that soil pH of the common garden and mean annual temperature(MAT)of provenance were the dominant factors respectively affecting the diversity and community of rhizosphere nitrogen-fixing bacteria of the three Caragana species.Conclusion:In summary,our results indicate that the common garden environment and genetic differentiation jointly shape the diversity and community structure of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of Caragana species.This research can provide important theoretical basis and data support for the ecological adaptation mechanism and introduction and cultivation of Caragana.Key words:Caragana;common garden;nitrogen-fixing bacteria;diversity and community structure;provenance climate 根际是由植物根系及与其紧密依附的土壤构成的区别于土体土壤的特殊生境,是土壤植物根系微生物相互作用的区域(Berendsen et al,2012)。在该区域,植物根系通过释放根系分泌物,吸引细菌、真菌、放线菌等微生物附着,形成与植物紧密联系的根际土壤微生物(Geng et al,2018)。固氮菌作为一类具有特殊功能的细菌,可将大气中的氮气转化为植物可利用的铵态氮,提高植物对氮限制环境的适应性(Xu et al,2019)。近年来,随着高通量测序技术的发展,固氮酶基因nifH不仅高度保守,而且与16S rRNA相似,是细菌系统发育的标识基因,已作为固氮菌的分子标识广泛应用于固氮菌多样性及其与环境关系的研究(Jason et al,2004),如赵辉和周运超(2020)研究发现土壤有机碳、全氮、碱解氮能够显著影响马尾松(Pinus massoniana)林土壤固氮菌群落结构和多样性;Baker等(2009)通过分析不同施肥条件下土壤固氮微生物群落研究发现,土壤pH显著影响固氮菌群落的生长和繁殖;Wang等(2019)研究发现不同海拔梯度下土壤固氮菌多样性和群落结构存在显著的差异。植物在进化过程中,其生理生态性状的变异受环境和遗传共同作用。近年来,为了探讨二者对植 庄欣(2019)同质园种植下多种源银缕梅叶片表型、光合能力的遗传和非遗传分化.硕士学位论文,南京大学,南京.物性状的影响,研究者采用同质园试验,将不同种源的植物栽种在同一环境下,消除种源地环境因素的影响,检验植物的适应性状是否形成了稳定遗传(Albaugh et al,2018)。如马香艳等(2021)研究发现同质园环境下不同种源间芦苇(Phragmites australis)的叶功能性状存在显著的种内差异;纪若璇等(2020)研究蒙古莸(Caryopteris mongholica)叶片解剖结构时指出,种源地气候差异驱动的遗传分化是造成叶片解剖结构种源间差异的重要因素;徐博(2009)研究表明植物受环境作用形成的内源遗传特性会显著影响不同种源植物的生理及形态特征。然而,由于植物适应性状与根际土壤微生物多样性和群落结构密切相关(Delgado-Baquerizo et al,2018;Wang et al,2020),环境和遗传分化可能通过改变植物的功能性状影响根系分泌物,进而影响植物根际微生物多样性的变化。但是,目前的研究多集中于环境和遗传分化与植物功能性状的相关性,对二者是否影响植物微生物交互作用构建的根际固氮菌多样性和群落结构尚不清楚,这在一定程度上限制了对植物生态适应机制的理解。锦鸡儿属(Caragana)隶属豆科,为多年生落叶灌木,主要分布于我国北方干旱和半干旱地区(郭 徐博(2009)内蒙古东部野生小叶锦鸡儿遗传多样性研究.硕士学位论文,中国农业科学院,北京.魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第3页 宏宇等,2008)。因其具有耐热、耐寒、耐旱以及抗风蚀、耐沙埋等特点,已成为我国北方荒漠地区防风固沙、涵养水源和植被恢复的先锋植物(Zhang et al,2006),并且其对盐碱地改良也有一定的效果(马飞等,2017)。目前,关于锦鸡儿属植物的研究多集中在其形态结构、抗旱生理特性、固碳以及固沙作用等方面(章尧想等,2014;Xu et al,2017)。虽然对锦鸡儿属植物土壤微生物多样性特征进行了报道,如李媛媛等(2021,2022)研究了不同生境下锦鸡儿属植物根际土壤真菌群落多样性以及同质环境下锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落多样性的种内和种间差异;刘声等(2012)研究了锦鸡儿属植物与根围丛植菌根真菌(AMF)的共生关系;周子渊等(2020)研究了锦鸡儿属植物对特定细菌群组的筛选富集作用;Xu等(2019)研究了黄土丘陵地区栽植锦鸡儿属植物对土壤固氮菌的影响及其对植被恢复和重建的作用。然而,以往的研究较多关注于锦鸡儿属植物土壤细菌和真菌,对于具有固氮能力的锦鸡儿属植物在不同环境下根际土壤固氮菌多样性变化及其影响因素鲜有报道,且遗传分化是否影响植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构也需进一步研究。鉴于此,本研究利用同质园试验,以不同种源的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、中间锦鸡儿(C.liouana)和荒漠锦鸡儿(C.roborovskyi)为研究对象,通过分析锦鸡儿属不同物种、不同种源间植物根际土壤固氮菌群落多样性及其与种源地气候和同质园土壤属性的关系,以期探讨以下两个问题:(1)同质园环境下锦鸡儿属植物土壤固氮菌多样性和群落结构是否存在种间和种内差异?(2)同质园环境和遗传分化如何影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构?研究结果将有助于更好地理解锦鸡儿属植物对环境的生态适应机制以及为荒漠地区植被恢复提供数据支撑。1.1 试验地概况 本试验地点位于宁夏银川市植物园(382512 N,1061012 E)。该地区气候类型为中温带半干旱大陆性气候,海拔为1,130 m,年平均气温为8.7,年降水量变化范围为180220 mm。试验研究对象为小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿实生苗幼苗,种子分别采自于9个不同的地理种源,具体地理信息和气候特征见表1。2018年12月,将萌发后的种子移植到育苗盆中,培养基质为沙土和珍珠岩11混合,随后在光照培养间统一管理。2019年4月移栽至同质园中,定株行距为0.3 m 0.3 m,划分为1 m 1 m的小区,每个种源设置3个重复,每个小区随机栽种9株,共27个小区。1.2 土壤样品采集与指标测定 2020年8月对同质园内不同种源小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿的根际土壤样品进行采集。在每个试验小区内,选取3株长势相近的植株,挖取根部,使用无菌剪刀剪取直径小于2 mm的根装于5 mL无菌离心管并置于液氮中保存备用(王楚楚等,2019)。在植物根系样品的离心管内加入2.5 mL无菌0.9%NaCl溶液,12,000 rpm,4离心10 min,吸去上清液,收集离心管底部的沉淀,该步骤重复3次,即为根际土壤样品(Na et al,2018)。同时,在距离取样植株根部10 cm处,利用土钻采集深度为020 cm的新鲜土壤样品,然后将每个小区采集的土壤混匀后作为1个土壤样品,即每个种源具有3个重复,共27个土壤样品。将该土壤样品带回实验室后,自然风干、过筛,用于土壤理化性质的测定,包括土壤pH值、电导率(electrical conductivity,EC)、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、全氮(total nitrogen,TN)和全磷(total phosphorus,TP)。具体操作步骤参考鲍士旦(2000)。表1 小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)不同种源地的地理和气候因子信息 Table 1 Geographical and climatic information of different sampling sites collecting seeds of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR).ALT,Altitude;MAT,Mean annual temperature;MAP,Mean annual precipitation.样点 Site 东经 Longitude(E)北纬 Latitude(N)海拔 ALT(m)年均温 MAT()年均降水量MAP(mm)CM1119.15 42.98 626 6.23 326.76 CM2121.88 44.03 1,178 6.68 331.43 CM3114.33 42.07 1,419 2.51 325.42 CL1 110.28 39.33 1,285 7.34 382.46 CL2 110.15 39.21 1,257 7.19 379.92 CL3 107.67 38.85 1,344 7.42 225.23 CR1 100.69 38.48 2,295 1.71 190.10 CR2 103.15 36.88 2,314 5.38 303.75 CR3 101.36 38.58 2,032 3.92 158.89 1 材料与方法 魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第4页 1.3 种源地地理和气候因子获取 在采集不同种源锦鸡儿属植物种子时,利用便携式GPS仪(eTrex Venture,Garmin,美国)记录各采样点的经度、纬度和海拔,并根据经纬度信息通过在 线 气 候 服 务 平 台 IWMI(International Water Management Institute,http:/wcatlas.iwmi.org/Default.asp)获取各采样点年均温(mean annual temperature,MAT)和年均降水量(mean annual precipitation,MAP)数据,具体种源地地理和气候信息见表1。1.4 土壤DNA提取、PCR扩增和测序 按照CTAB方法提取土壤样品的总DNA,固氮菌nifH基因的高通量测序采用引物nifH-F(5-AAAG GYGGWATCGGYAARTCCACCAC-3)和nifH-R(5-TTGTTSGCSGCRTACATSGCCATCAT-3)(Rsch et al,2002)。PCR反应条件为:98 1 min;98 10 s,50 30 s,72 30 s,30个循环;72 5 min。PCR产物回收至试剂盒后,利用TruSeq DNA PCR-Free Sample Preparation Kit建库试剂盒进行文库构建,随后使用安捷伦5400进行检测和Q-PCR定量;基于Illumina HiSeq测序平台进行双末端测序,测序服务委托北京诺禾致源科技股份有限公司完成。1.5 数据分析 所测原始序列截去Barcode序列和引物序列后,经FLASH拼接获得原始Tags数据,之后经QIIME(version 1.9.1)质量过滤、得到高质量Tags(clean tags),然后与物种数据库进行比对检测嵌合体序列,对其进行识别和剔除、去除引物及低质量序列(Haas et al,2011),最终得到有效数据(effective tags)。采用Uparse软件(Uparse v7.0.1001)将测序所获得样本的全部有效数据(effective tags)以阈值为97%聚类为操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),在聚类过程中选取OTUs中出现频数最高的序列作为代表序列。采用RDP Classifier(Wang et al,2007)方法与Silva132数据库(Quast et al,2013)对OTUs代表序列进行物种注释分析(设定阈值为0.81),得到每个样品的OTU分类学信息,统计各样品在分类学水平上的群落组成。利用MUSCLE软件(version 3.8.31)进行快速多序列比对,得到所有OTUs代表序列的系统发生关系。最后以样本中序列数最低的样品为标准进行均一化处理,后续的所有分析都是基于均一化处理后的数据。利用QIIME软件进行物种数(observed-species)、Chao 1指数、Shannon指数、Simpson指数计算。利用SPSS 22.0软件对物种和种源间的多样性指数进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和双因素方差分析(two-way ANOVA);对锦鸡儿属植物土壤固氮菌优势类群与环境因子进行Pearson相关分析。利用R 3.5.3软件对3种锦鸡儿根际土壤固氮菌群落组成进 行 主 坐 标 分 析(principal coordinates analysis,PCoA)、相 似 性 分 析(analysis of similarities,ANOSIM)。利用Canoco 5.0软件对构建锦鸡儿属植物土壤固氮菌多样性及群落结构的主控因子进行冗余分析(redundancy analysis,RDA)。2.1 样地的土壤理化性质 在同质园环境下种植不同种源锦鸡儿试验小区的土壤理化性质结果表明,土壤pH的变化范围为 9.099.20,土 壤 电 导 率 的 变 化 范 围 为91.70138.92 S/cm,土 壤 TN 的 变 化 范 围 为0.350.54 g/kg,土壤SOC的变化范围为4.296.24 g/kg,土壤TP的变化范围为0.340.38 g/kg。对比不同锦鸡儿属植物的土壤理化性质发现,种植小叶锦鸡儿和荒漠锦鸡儿的试验小区土壤EC显著高于种植中间锦鸡儿的小区(P 0.05)。2.2 nifH基因序列测序结果 在小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌中分别鉴定出5,555、4,575和4,201个OTUs。其中,小叶锦鸡儿特有的OTUs数目为3,007个,中间锦鸡儿为2,094个,荒漠锦鸡儿为2,157个,3种锦鸡儿共有的OTUs数目为1,167个,占总OTUs数目的8.14%(图1),表明不同锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌物种组成差异较大。2.3 土壤固氮菌群落多样性 由图2可知,同质园环境下,不同物种的根际土壤固氮菌的多样性指数差异不显著,但是不同种源间,中间锦鸡儿根际土壤固氮菌的物种数和Chao 1指数差异显著(P CL2 CL1;荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌的Shannon指数和Simpson指数差异显著(P CR2 CR1,小叶锦鸡儿根际土壤固氮菌群落多样性指数差异不显著(附录1)。2 结果 魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第5页 图1 小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌OTUs分布Venn图 Fig.1 Venn diagrams of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacteria OTUs of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR)2.4 土壤固氮菌群落结构 所有样品共检测到固氮菌隶属于6门9纲18目21科33属72种。如图3a所示,在门水平上,小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌相对丰度排名前3的优势门分别为变形菌门、疣微菌门和蓝细菌门,相对丰度变化范围分别为1.33%22.89%、0.74%15.29%和0.01%0.5%。此外,所有样本中都发现了厚壁菌门、放线菌门和产水菌门。在纲水平上,所有土壤样本中都存在-变形菌纲、丰佑菌纲、-变形菌纲、-变形菌纲、芽孢杆菌纲、-变形菌纲、放线菌纲、产水菌纲和梭菌纲。其中,优势纲分别是-变形菌纲、丰佑菌纲和-变形菌纲,相对丰度变化范围分别为0.47%19.31%、0.74%15.29%和0.69%6.43%(图3b)。在属水平上(图4),3种锦鸡儿根际土壤固氮菌相对丰度排名前10的优势属分别为中慢生根瘤菌 图2 小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌多样性指数。a:Shannon指数;b:Simpson指数;c:物种数;d:Chao 1指数。嵌合图代表小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌多样性指数差异比较。Fig.2 diversity index of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacteria of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR).a,Shannon index;b,Simpson index;c,Observed species;d,Chao 1 index.The chimeric plot represents a comparison of the diversity indices of nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere soil of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR).魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第6页 图3 门水平(a)和纲水平(b)小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌优势群落分布 Fig.3 Distribution of dominant communities of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacteria at the phylum(a)and class(b)levels of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR)图4 属水平上小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌群落结构热图 Fig.4 Heatmap of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacterial community structures of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR)at the genus level 魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第7页 属(Mesorhizobium)、固 氮 氢 自 养 单 胞 菌 属(Azohydromonas)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、念珠藻属(Nostoc)、固氮弧菌属(Azoarcus)、鱼腥藻属(Anabaena)、固氮螺菌属(Azotobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和克氏杆菌属(Klebsiella)。基于Unifrac距离的主坐标分析(图5),结果表明前两轴共解释群落变异的51.78%,PCoA1和PCoA2分别解释变异的36.58%和15.20%。结合ANOSIM组间差异检验发现,不同锦鸡儿根际土壤固氮菌群落组成存在种间差异,但差异不显著(R=0.051,P 0.05)。此外,进一步对3种锦鸡儿种内的根际土壤固氮菌群落组成检验发现,小叶锦鸡儿、荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌群落组成存在显著性差异(R=0.531,P 0.05;R=0.309,P 0.05)。2.5 土壤固氮菌群落结构与环境因子的关系 通过分析3种锦鸡儿根际土壤固氮菌群落优势类群与环境因子相关性(表2),发现土壤pH与疣微菌门和丰佑菌纲的相对丰度呈显著负相关(P 0.05),土壤TP与疣微菌门和丰佑菌纲呈极显著正相关(P 0.01),土壤SOC与蓝细菌门和念珠藻属均呈显著负相关(P 0.05),土壤TN与念珠藻属间呈显著负相关(P 0.05),土壤EC与-变形菌纲和慢生根瘤菌属呈极显著负相关(P 0.01),MAT和MAP与慢生根瘤菌属呈显著负相关(P 0.05)。为进一步区分种源地气候因子和同质园土壤属性对根际土壤固氮菌多样性和群落结构的重要性,本研究基于冗余分析探讨了3种锦鸡儿根际土 图5 小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌群落结构的主坐标分析(PCoA)Fig.5 Principal coordinate analysis(PCoA)of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacteria community composition of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR)表2 环境因子与固氮菌群落类群不同分类水平的相关性分析。pH:土壤pH;EC:土壤电导率;TN:土壤全氮;TP:土壤全磷;SOC:土壤有机碳;ALT:海拔;MT:年均温;MAP:年均降水量。Table 2 Correlation analysis of environmental factors with different taxonomic levels of nitrogen-fixing bacterial communities.*P 0.05;*P 0.01.SOC,Soil organic carbon;TN,Total nitrogen;TP,Total phosphorus;EC,Electrical conductivity;ALT,Altitude;MAP,Mean annual precipitation;MAT,Mean annual temperature.优势类群 Dominant group pH 有机碳 SOC 全氮 TN 全磷 TP电导率 EC 海拔 ALT 年均降水量 MAP 年均温 MAT门水平门水平 Phylum level 变形菌门 Proteobacteria 0.316 0.197 0.118 0.228 0.041 0.053 0.113 0.279 疣微菌门 Verrucomicrobia 0.458*0.129 0.01 0.601*0.197 0.234 0.24 0.047 蓝细菌门 Cyanobacteria 0.192 0.384*0.317 0.188 0.19 0.134 0.102 0.098 纲水平纲水平 Class level-变形菌纲 Alphaproteobacteria 0.345 0.325 0.214 0.14 0.009 0.086 0.063 0.253 丰佑菌纲 Opitutae 0.458*0.129 0.01 0.601*0.197 0.234 0.24 0.047-变形菌纲 Betaproteobacteria 0.055 0.356 0.271 0.286 0.09 0.097 0.165 0.101-变形菌纲 Gammaproteobacteria 0.169 0.336 0.222 0.036 0.417*0.047 0.140 0.147 属水平属水平 Genus level 中慢生根瘤菌属 Mesorhizobium 0.374 0.351 0.237 0.154 0.030 0.074 0.084 0.216 固氮氢自养单胞菌属Azohydromonas 0.050 0.359 0.261 0.287 0.089 0.086 0.149 0.105 慢生根瘤菌属 Bradyrhizobium 0.303 0.365 0.299 0.232 0.487*0.250 0.416*0.406*斯科曼氏球菌属 Skermanella 0.317 0.127 0.158 0.031 0.236 0.146 0.139 0.279 念珠藻属 Nostoc 0.217 0.486*0.391*0.337 0.208 0.037 0.087 0.127 魏庐潞等:同质园环境和遗传分化影响锦鸡儿属植物根际土壤固氮菌多样性和群落结构 2023年|31卷|4期|22477|第8页 壤固氮菌多样性和群落结构与环境因子的关系(图6)。结果表明,同质园环境中的土壤pH是影响小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌多样性的主要因子(F=4.3,P=0.048)(表3),而种源地年均温则是驱动3种锦鸡儿根际土壤固氮菌群落结构变化的关键因子(F=4.1,P=0.036)(表3)。根际作为土壤根系微生物相互作用的微区域,根际固氮菌多样性和群落结构的变化直接影响着植物本身的养分循环及其对养分亏缺环境的适应(马瑞萍等,2021)。本研究采用高通量测序技术,分析了同质园环境下不同种源小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤固氮菌多样性和群落结构。结果表明,同质园环境下3种锦鸡儿根际土壤固氮菌群落结构无显著差异,表现为各物种的群落组成相似,各个水平上物种相对丰度差异不显著。其中,在门水平上,3种锦鸡儿根际土壤固氮菌的优 图6 小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)根际土壤固氮菌多样性(a)和群落结构与环境因子的冗余分析(b)。缩写全称见表2。Fig.6 Redundancy analysis of environmental factors on diversity(a)and composition(b)of rhizosphere soil nitrogen-fixing bacteria community of Caragana microphylla(CM),C.liouana(CL),and C.roborovskyi(CR).Full names of abbreviations see Table 2.表3 环境因子对小叶锦鸡儿(CM)、中间锦鸡儿(CL)和荒漠锦鸡儿(CR)土壤固氮菌多样性和群落结构的影响。缩写全称见表2。Tabl