根际微生物在植物养分获取以及碳、氮循环中发挥着重要作用,而植物细根(包括吸收根和运输根)与根际微生物群落关系密切.阐明火后森林恢复过程中先锋树种细根性状的变化与根际微生物群落的关系,可为基于细根和根际微生物动态的火后植被恢复管理提供理论支持.该研究以大兴安岭30年时间序列火烧迹地先锋树种白桦(Betula platyphylla)为研究对象,利用16SrRNA高通量测序技术,分析了火后恢复过程中白桦根际细菌群落结构与土壤性质和细根性状的关系.结果表明,火后恢复时间显著影响土壤pH、吸收根性状和根际细菌α多样性.随火后时间的增加,土壤pH呈先升高后下降再升高的趋势,吸收根比根长和比表面积呈先升高后下降的趋势.火后9年是白桦根际细菌α多样性逐渐回升的转折点.不同火后恢复时间根际细菌群落主要优势门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和酸杆菌门(Acidobacteriota),主要优势属为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).玫瑰弯菌属(Roseiarcus)、酸球菌属(Acidipila)以及分枝杆菌属(Mycobacterium)等优势属的相对丰度在不同火后恢复时间中差异显著.根际细菌α多样性主要受土壤pH和吸收根比根长的显著影响,细菌群落结构变化受细根的碳、氮含量和运输根磷含量的影响.综上,细根、土壤和微生物之间的互作共同影响了根际细菌的群落结构及多样性,从而塑造了根际环境,促进火后生态系统的恢复.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

[目的]研究不同生境茶园茶树根际土壤微生物群落的组成及多样性,识别影响茶树根际土壤微生物的主要驱动因素,为根际土壤微生物群落和茶树病虫害防治之间的关系研究以及土壤微生物的功能和开发利用提供理论依据.[方法]采用 Illumina-MiSeq 高通量测序技术对古茶园与现代有机茶园根际土壤微生物的群落组成和多样性进行探究,采用冗余分析对土壤养分与微生物之间关系进行探索.[结果]现代有机茶园根际土壤中阳离子交换量、有机质、腐殖质、氨氮、铵态氮、有效磷和水分高于古茶园,具有显著差异;不同茶园的优势细菌种群均为放线菌门、酸杆菌门和浮霉菌门,真菌种群均为子囊菌门、被孢霉门和担子菌门,除未明确分类地位的属以外,古茶园与现代有机茶园的优势菌属组成非常相似,但是每个菌属在不同茶园中的相对丰度都存在较大差异.冗余分析表明,阳离子交换量、有机质、腐殖质、氨氮和铵态氮是造成茶园根际土壤微生物群落结构与多样性差异的主要环境因子.[结论]现代有机茶园根际土壤养分与物种丰富度显著高于古茶园,不同茶园根际土壤中的优势菌属组成高度相似,但其丰度差异显著,与土壤养分呈现高度相关性.

为探究生态景观绿化树种'中山杉118'对皖北淮河平原土壤生态系统的影响,该研究分析了其根际与非根际土壤养分差异、微生物类群及其影响因子.结果表明:(1)4年生'中山杉118'根际对大量元素的富集能力较弱,水解性氮和有效磷出现亏欠现象,全氮与非根际持平,对全磷、全钾和速效钾有低程度的富集;'中山杉118'根际对微量元素铁、铜、锰的富集能力较强,其中根际有效锰含量显著高于非根际;'中山杉118'根际与非根际土壤均为碱性,根际pH略小于非根际,而根际的电导率则大于非根际,根际对速效钠、速效镁、速效钙有一定程度的富集,对有机碳和有机质也有一定的富集性.(2)Anosim组间群落结构差异显著性检验R值为0.224(P=0.022),R值显著大于0,表明'中山杉118'根际与非根际细菌群落差异显著.'中山杉118'根际与非根际共有5 283个OTUs,根际特有1 307个,非根际特有1 265个.(3)根际细菌多样性略小于非根际,两者的优势菌种为厚壁菌门、变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、粘球菌门、放线菌门、泉古菌门,其中仅酸杆菌门与有效磷呈显著正相关,丰度较高的菌种中厚壁菌门、拟杆菌门在根际的含量分别为17.94％、5.21％,高于非根际1.84％、3.90％,并且两者与环境因子相关性不显著;梭菌纲、拟杆菌纲和芽孢杆菌纲在根际的丰度比非根际分别高出14.05％、1.32％、2.06％.(4)UPGMA聚类树表明,'中山杉118'根际R4样品独聚一枝,非根际样品NR4和NR5聚为一枝,NR1、NR2和NR3与根际R1、R2、R3、R5聚为一枝,R4的物种多样性及物种丰度明显低于其他样品且分布不均匀.综上认为,尽管幼龄'中山杉118'根际效应较弱,但其是根际厚壁菌门和拟杆菌门富集的主要因素,栽培过程中应多补充微量元素,适量补充大量元素.

为发挥微生物资源在地理标志特色农产品品牌维护中的作用,采用高通量测序技术分析天津市西青区沙窝萝卜根际细菌多样性和群落结构,通过纯培养根际土壤细菌对樱桃萝卜果实质量与黄酮、多酚、维生素C、可溶性糖含量的影响评估根际微生物与沙窝萝卜品质的关系.结果表明沙窝萝卜根际土壤样本中的细菌主要来自5门9属,其中假单胞菌属(Pseudomonas)、芽胞杆菌属(Bacillus)、糖单胞分泌菌属(Saccharimonad-ales)为核心细菌群落.通过纯培养共获得39株可培养细菌菌株.经过筛选,获得7株具有固氮、解磷或产生长素综合水平较高且具有促生功能的菌株,包括菌株J3、J5、H11、X3、X6、X10、X13.根据16S rRNA基因序列鉴定这些菌株为奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、嗜虫假单胞菌(Pseudomonas entomophila)、巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)、蜡状芽胞杆菌(B.cereus)、惠州芽胞杆菌(B.huizhouensis)、地形变形杆菌(P.terrae)和粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens).盆栽试验结果表明,施用7株菌株可以促进樱桃萝卜生长或改善果实品质.其中,菌株H11、J5、X13可分别提高樱桃萝卜果实重量47％、45％和42％;菌株H11和J5可提高樱桃萝卜黄酮含量47％和40％,菌株J5和X6可提高樱桃萝卜多酚含量70％和67％;菌株X6对果实中维生素C含量影响较大,较对照组提高了近3倍,达(24.60±5.07)mg/100 g,菌株H11处理后果实中可溶性糖含量较对照组提高了2.7倍.研究结果表明,挖掘沙窝萝卜根际土壤微生物资源有助于利用细菌群落制定有效和可持续的作物田间管理策略.

土壤微生物组是土壤健康的关键性评价指标,前期的研究表明中药渣有机肥能够提高栽培中药材的产量和质量,但是中药渣有机肥对于土壤微生物组的影响相关的报道很少.基于此该研究在评价中药渣有机肥对栽培丹参产量和质量影响的基础上,采用宏基因组测序技术研究中药渣有机肥对栽培丹参根际微生物组群落以及功能的影响.实验结果表明①施用中药渣有机肥促进了丹参生长以及有效成分的积累,其中丹参地上干重、地下干重、地上鲜重、地下鲜重的提高幅度为371.4％、288.3％、313.4％、151.9％;迷迭香酸和丹酚酸B的提高幅度为887.0％、183.0％.②施用中药渣有机肥显著改变了栽培丹参根际细菌和真菌群落结构,微生物的群落组成具有显著性的区别.③施用中药渣有机肥能够显著提高多亚硝化螺菌 Nitrosospira multiformis、枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis、产酶溶杆菌 Lysobacter enzymogenes 以及木霉菌 Trichoderma 等土壤有益菌的相对丰度.④KEGG功能预测分析表明,施加有机肥后的土壤环境中更容易富集与代谢相关的微生物;施加中药渣有机肥后还可增加与硝化作用、反硝化作用相关的功能基因的丰度.该研究结果为今后中药渣有机肥在中药材栽培中的应用提供指导,丰富了中药材绿色栽培技术的内容.

于2019年10月浒苔消亡期调研威海浒苔爆发区,以被浒苔覆盖的盐地碱蓬与正常生长盐地碱蓬为研究对象,调查了浒苔爆发对盐地碱蓬生长性状的影响,并结合Illumina Miseq高通量测序技术解析盐地碱蓬根际土壤解磷细菌群落多样性.结果表明:被浒苔覆盖的盐地碱蓬根际土壤含水率、电导率均显著高于未覆盖植株,其株高和根长也都显著低于未覆盖植株;浒苔爆发对盐地碱蓬根际解磷细菌群落丰富度无显著影响,但影响盐地碱蓬根际解磷细菌的均匀性,增加了解磷细菌的群落多样性;与正常植株相比,浒苔覆盖盐地碱蓬根际土壤解磷细菌群落在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria),Labrenzia、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、红杆菌属(Rhodobacter)、黄单胞菌属(Xanthomonas)和链霉菌属(Streptomyces)均具有丰度差异;对影响解磷细菌群落结构变化的主要环境因子进行分析发现,速效钾、速效磷、碱解氮与解磷细菌多样性变化呈显著正相关.上述结果为揭示浒苔爆发对滨海湿地优势盐生植物根际功能微生物多样性的影响机制提供了依据.

油松Pinus tabuliformis和樟子松Pinus sylvestris var.mongolica是中国重要造林树种,但具有不同的地理分布.北京西山处于油松生长的适生区,但为樟子松引种的南界,成为探究树种在土壤-林木连续体微生物群落构建驱动作用的理想研究样本.本研究应用高通量测序技术获取了北京西山同一地点的油松和樟子松人工林土壤-林木连续体多个部位的微生物群落组成,探究了树种因素在这 2 种松树土壤-林木连续体微生物群落构建中发挥的作用.土壤作为林木微生物主要来源具有特殊地位,本研究进一步研究了与土壤微生物关系密切的土壤理化性质.研究结果表明,2 种松树土壤-林木连续体微生物群落α多样性差异主要体现在土壤和根际土壤中;β多样性分析表明仅针叶中内生的细菌群落组成在两松树间差异不显著,其他部位的微生物群落在 2 种松树间均具有一定的组成差异,树种对土壤和根际土壤微生物群落组成方差的解释度最高,而对针叶微生物群落组成方差解释度最低,即树种在土壤和根际土壤微生物群落构建中发挥较大的作用,而在针叶内生微生物群落构建中发挥作用较小.油松比樟子松相同部位细菌群落具有更加复杂的网络结构,细菌生态网络属性在 2 种松树间具有清晰差异,但真菌没有.油松和樟子松土壤-林木连续体中含有丰富的微生物类群,以相对多度大于 5%的纲作为优势纲,共有 7 个细菌纲和 7 个真菌纲组成了 2 种松树各个部位的优势纲,优势细菌纲为:Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Actinobacteria、Thermoleophilia、Gammaproteobacteria、Bacilli 和 Clostridia,优势真菌纲为 Agaricomycetes、Leotiomycetes、Sordariomycetes、Eurotiomycetes、Dothideomycetes、Mortierellomycetes 和Pezizomycetes.土壤理化性质是影响 2 种松树人工林土壤中微生物多样性差异和组成的重要因素,其中细菌和真菌群落组成均受到有效磷(available phosphorus,AP)、pH 和速效钾(available kalium,AK)的影响,此外,细菌群落的组成还显著与碱解氮(alkali-hydrolyzed nitrogen,AHN)相关.研究结果揭示了树种差异在华北地区油松和樟子松土壤-林木连续体微生物群落构建中的作用、松树与微生物的互作,也为华北地区松树造林提供了林下微生物数据.

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以 7 种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用 16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群.结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他 5 种植物,其根系能够更好地富集微生物.门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起 7 种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7 种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为 0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为 3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强.基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的 7 种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力.

[目的]分析西藏不同种植区青稞根际土壤细菌群落结构及其影响因素,揭示特定环境下根际细菌生物标志物,为发掘研究优异根际促生菌及其作用提供参考.[方法]采用16S rRNA基因高通量测序技术和数据统计分析,比较了西藏5个市青稞种植区根际土壤细菌群落组成和结构差异,分析了青稞根际细菌生物标志物及群落结构变化的驱动因素.[结果]通过测序45个根际土壤样品获得10 715个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),共43门、1 244属、2 783种,其中放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)、粘球菌门(Myxococcota)和髌骨细菌门(Patescibacteria)为优势菌门,相对丰度占比94.92％-96.56％.五个市的根际细菌群落结构存在明显的差异,组间差异大于组内差异(R=0.226 9,P=0.001),其中放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和髌骨细菌门丰度存在显著性差异(P＜0.05).五个市青稞根际土壤存在潜在生物标志物,拉萨和山南只有3个和6个特有细菌进化支,共现网络更为复杂、OTUs间联系更为紧密.变形菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门是青稞根际土壤中主要的关键细菌门,内生菌门、Methylomirabilota和蓝细菌分别是林芝市、日喀则市和山南市的特有关键类群.青稞根际细菌群落结构的变化主要与环境因子 pH、全钾(totalpotassium,TK)、速效钾(available potassium,AK)、碳磷比(C:P)和海拔有关,其中TK是影响根际土壤细菌群落最重要的因子(r2=0.621 4,P=0.001).[结论]西藏青稞根际细菌多样性丰富,5市间存在显著差异,且不同生长区青稞根际具有特有的生物标志物,为进一步研究特有根际细菌在青稞生长和环境适应中的作用,发掘优异根际促生菌提供参考.