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1、2022年基于高通量测序分析间作猫豆对甘蔗根际土壤微生物的影响 毛莲英 李海碧 桂意云 张荣华 杨荣仲 周会 韦金菊 刘昔辉 摘要：探究甘蔗間作猫豆对甘蔗根际土壤微生物多样性的影响，为改善甘蔗根际土壤微生物群落结构及促进甘蔗生长供应理论参考。采纳单因素试验设计，分析单作甘蔗（CK）和甘蔗间作猫豆（T处理）2种种植方式对甘蔗根际土壤养分的影响，并采纳Illumina HiSeq高通量测序技术，在门和属水平上分析甘蔗根际土壤微生物群落结构，在种水平进行主成分（PCA）分析。T处理的根际土壤中全氮、全钾、水解性氮、有效磷和有机质含量均大于CK。T处理的根际土壤中细菌的丰富度和多样性高于真菌的丰富度和
2、多样性;T处理的根际土壤中细菌丰富度高于CK，但差异不显著（P0.05，下同），其多样性显著高于CK（P0.05， the same below）， its diversity was significantly higher than that of CK（P0.05，下同），真菌的不相像序列数量显著高于单作甘蔗。 稀释曲线可反映样品的取样深度，用以评价测序量覆盖全部类群的程度。从图1和图2可看出，土壤样品的微生物稀释曲线基本趋于平缓，但仍未达到饱和，说明取样基本合理，微生物群落结构的置信度较高，能较真实地反映土壤微生物群落构成。 2. 3 单作甘蔗和甘蔗间作猫豆的甘蔗根际土壤微生物多样性指
3、数分析结果 土壤细菌和真菌群落多样性指数测定结果如表3和表4所示。6个土壤样品的覆盖率指数均大于0.990，表明样品中序列未被测到的概率较低，测序结果已覆盖测试样品中的绝大部分物种。CK和T处理的细菌平均ACE指数和Chao1指数均较大，且无显著差异，说明CK和T处理的甘蔗根际土壤中细菌多样性均特别丰富。与CK甘蔗根际土壤相比，T处理的甘蔗根际土壤中细菌和真菌的丰富度均有所增加。T处理的细菌和真菌平均Shannon指数显著高于CK，说明甘蔗间作猫豆会增加土壤微生物匀称度。总体来看，CK和T处理的甘蔗根际土壤中，细菌的丰富度均高于真菌;T处理的细菌丰富度高于CK，但差异不显著，T处理的细菌多样性
4、显著高于CK;T处理的真菌丰富度和多样性显著高于CK。 2. 4 单作甘蔗和甘蔗间作猫豆的甘蔗根际土壤门水平的群落结构分析结果 由于土壤样品中所检测出的微生物种类繁多，很多种类含量极少，不能与含量多的物种表示在同一个图中，故选择排名前10名的细菌门、相对丰度大于0.001%的真菌门，以相对丰度为纵坐标，绘制柱形图。由图3可知，CK和T处理根际土壤的前10个细菌门总相对丰度分别占土壤细菌门总数的95.71%和96.27%;CK和T处理根际土壤中的主要优势细菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Aci
5、dobacteria），其相对丰度均大于10.00%，这4个细菌门总相对丰度分别占土壤细菌门总数的81.36%和85.61%;其次为芽单胞细菌门（Gemmatimonadetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、软壁菌门（Tenericutes）和奇古菌门（Thaumarchaeota），这6个细菌门总相对丰度分别占土壤细菌门总数的14.35%和10.66%;与CK根际土壤相比，T处理根际土壤中排名前3的变形菌门、放线菌门和绿弯菌门，分别降低1.49%、1.95%和2.21%，其他细菌门分别增加0.17%1.5
6、8%。 由图4可知，CK和T处理根际土壤中优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota），分别占土壤真菌门总数的80.00%和92.00%，其次是担子菌门（Basidiomycota），分别占土壤真菌门总数的8.55%和6.22%，以接合菌门（Zygomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）和球囊菌门（Glomeromycota）相对丰度量较少;与CK土壤样品相比，T处理根际土壤中优势真菌门子囊菌门增加12.00%，担子菌门下降2.33%。 2. 5 单作甘蔗和甘蔗间作猫豆的甘蔗根际土壤属水平的群落结构分析结果 对根际土壤前10个优势菌属相对丰度进行分析，结果如图5所示。CK和T
7、处理根际土壤中的优势细菌属分别为水恒杆菌属（Mizugakiibacter）、游动四孢属（Luedemannella）、乳杆菌属（Acidothermus）和布氏杆菌属（Bryobacte）。但与CK根际土壤相比，T处理根际土壤样品中水恒杆菌属、游动四孢属和乳杆菌属的相对丰度分别下降2.47%、1.78%和0.68%，其他细菌属分别增加0.10%0.86%。 对根际土壤优势真菌属相对丰度进行分析，结果如图6所示。CK和T处理根际土壤中排名前3的优势真菌属均为戴氏霉属（Taifanglania）、毛壳属（Chaetomium）和镰刀菌属（Fusarium）。且CK与T处理根际土壤中相对丰度相差较
8、大（1.12%2.05%）的真菌属为小蘑菇属（Micropsalliota）、鬼笔属（Phallus）、黑团孢属（Periconia）、圆孢霉属（Staphylotrichum）和裸节菌属（Talaromyces）。 2. 6 单作甘蔗和甘蔗间作猫豆的甘蔗根际土壤微生物群落的主成分分析结果 对CK和T处理的6份根际土壤样品细菌群落进行种水平上的主成分（PCA）分析，结果如图7所示。细菌群落PC1的变异为29.37%，PC2的变异为20.26%，二者的总贡献率为49.63%。如图8所示，真菌群落PC1的变异为33.44%，PC2的变异为22.73%，二者的总贡献率为56.17%。CK与T处理的细
9、菌群落分别属于不同象限，CK位于第1和第3象限，而T处理位于第2和第4象限，表明甘蔗间作猫豆变更了根际土壤微生物群落结构。 3 探讨 甘蔗间作大豆可提高甘蔗的株高和叶长，根际土壤中碳、氮和磷含量大于单作甘蔗（卜俊瑶等，2022）。间作大豆变更土壤的pH，使其接近于中性，更适于甘蔗生长，还会增加土壤中氮的含量（农宁娟，2022）。甘蔗间作花生后020 cm土壤中全氮、全钾、有效磷、有机质和pH均大于单作甘蔗（唐秀梅等，2022）。宿根蔗与大豆间作可增加甘蔗有效茎数，提高甘蔗产量（覃刘东等，2022）。本探讨结果也发觉，甘蔗间作猫豆可有效提高甘蔗根际土壤中的全氮、全钾、水解性氮、有效磷和有机质含量
10、，与上述探讨结果相像。 土壤微生物是植物土壤生态系统的重要组成成分，其数量及多样性对维持土壤生态系统的稳定具有重要作用，并在肯定程度上体现土壤的肥力和酶活性（徐丽慧等，2022;丁丽等，2022）。其中，细菌占整个土壤微生物群落的70%90%，真菌在土壤微生物群落中所占比例仅次于细菌（任奎瑜等，2022）。与从功能入手的传统微生物探讨方法相比，高通量测序能更全面精确地从遗传物质上识别微生物的种属。本探讨对甘蔗根际土壤细菌16S rRNA基因V4区域和真菌ITS 1区域进行高通量测序，结果发觉，甘蔗间作猫豆后甘蔗根际土壤的Shannon和ACE指数均较单作甘蔗高，且细菌的丰富度远大于真菌的丰富度
11、;在这2种种植模式下甘蔗根际土壤中细菌主要门类为变形菌门、放線菌门、绿弯菌门和酸杆菌门，真菌主要门类为子囊菌门和担子菌门;细菌主要优势菌属为水恒杆菌属、游动四孢属、乳杆菌属和布氏杆菌属，真菌主要优势菌属为戴氏霉属、毛壳属和镰刀菌属。彭东海等（2022）探讨表明，甘蔗间作大豆后甘蔗根际土壤固氮细菌的Shannon指数高于单作甘蔗的根际土壤，可提高固氮细菌的多样性和某些固氮细菌的优势度，但对群落物种的优势度影响较小。本探讨也发觉，甘蔗间作猫豆后甘蔗根际土壤中细菌和真菌在门、属水平上排名靠前的优势菌群的相对丰度略微降低，而其余的优势菌略微增加，说明甘蔗间作猫豆使根际土壤中的微生物发生趋向性变更，且使
12、各菌群结构变得匀称。目前关于间作对作物根际土壤微生物影响改变的观点不尽相同。Wang等（2022）探讨发觉，小麦间作豆科植物不影响小麦根际土壤微生物的群落结构;张晓岗等（2022）探讨证明马铃薯间作玉米栽培后能有效改善真菌菌群结构，有害致病真菌菌属消逝或比例下降，随之出现一些有益于作物生长的功能真菌;Wang等（2022）探讨认为，在酸性土壤地上小麦间作芸薹属植物可变更小麦根际微生物群落结构，土壤细菌和放线菌的丰富度削减，真菌的丰富度增加。本探讨中，甘蔗间作猫豆后甘蔗根际土壤中细菌和真菌的丰富度有所增加，且土壤微生物群落结构发生变更，与甘蔗间作玉米的探讨结果（郑亚强等，2022）相像。根际土壤
13、微生物群落结构变更的详细缘由尚待探讨。 4 结论 甘蔗间作猫豆可改善甘蔗根际的土壤养分状况，变更甘蔗根际微生物的群落结构，提高细菌和真菌的丰富度和多样性，但未影响优势菌门的排序。 参考文献： 卜俊瑶，Abdullah Khan，蒋雨珂，王梓轩. 2022. 甘蔗与大豆间作的根际促生菌筛选及促生效应探讨J. 乡村科技，（1）：92-95. doi：10.19345/ki.1674-7909.2022.01.044. Bu J Y，Abdullah K，Jiang Y K，Wang Z X. 2022. Scree-ning of rhizosphere growth promoting bact
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