柳 旭， 孔令杰， 楊 康， 韓月龍， 張風(fēng)娟

河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 河北 保定 071002

紫莖澤蘭Ageratinaadenophorum(Sprengel) R. K. H.為多年生半灌木，屬菊科澤蘭屬(Sangetal.,2010)，原產(chǎn)于美洲墨西哥至哥斯達(dá)黎加一帶(王文琪,2006)，于20世紀(jì)40年代由緬甸傳入我國(guó)云南省，現(xiàn)廣泛分布于我國(guó)西南地區(qū)，并有進(jìn)一步擴(kuò)張的趨勢(shì)(Wang & Wang,2010)。紫莖澤蘭具有強(qiáng)大的生態(tài)適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)發(fā)展、人畜健康以及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅(Luetal.,2005)。

土壤微生物在外來(lái)植物入侵過(guò)程中起著重要作用(肖博,2014)。入侵植物與土壤微生物之間的相互作用關(guān)系深刻影響著入侵植物的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力(付偉等,2017； Zhangetal.,2017,2018)。土壤微生物參與土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、土壤腐殖質(zhì)形成及分解以及養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分(滕應(yīng)和黃昌勇,2002； Geetal.,2010； Mcguireetal.,2010)。入侵植物在入侵地形成穩(wěn)定種群后會(huì)影響入侵地的植物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起土壤微生物的多樣性發(fā)生變化(Levineetal.,2003)。如藿香薊AgeratumconyzoidesL.對(duì)梨樹(shù)各發(fā)育時(shí)期和各土層土壤微生物數(shù)量和比例的影響呈現(xiàn)多態(tài)效應(yīng)，對(duì)土壤中細(xì)菌數(shù)量的提高效應(yīng)優(yōu)于對(duì)土壤真菌和放線菌(吳紅英等，2010)；空心蓮子草Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.入侵后，土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌的數(shù)量顯著增加，而放線菌的數(shù)量顯著下降(王志勇等，2011)；假高粱Sorghumhalepense(L.) Pers.的根系分泌物能選擇性地影響其根際細(xì)菌的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，形成假高粱特有的根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，一些土壤細(xì)菌的介入會(huì)提高假高粱的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(劉純等，2013)。因此，土壤細(xì)菌群落與植物的入侵密不可分(牛紅榜等,2007a；于興軍等,2005)，探究入侵植物根際土壤細(xì)菌群落變化對(duì)揭示其入侵機(jī)制具有重要意義。

關(guān)于紫莖澤蘭入侵與土壤微生物之間的關(guān)系已有廣泛研究(Yuetal.,2005)。紫莖澤蘭入侵改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu),提高土壤自生固氮菌、氨氧化細(xì)菌和真菌的數(shù)量、提高土壤可利用的養(yǎng)分水平，創(chuàng)造對(duì)自身生長(zhǎng)有利的土壤環(huán)境(牛紅榜等，2007a)；劉潮等(2018)和Yuetal. (2014)證明紫莖澤蘭根圍的土壤微生物增強(qiáng)了其對(duì)本地植物種的競(jìng)爭(zhēng)力，形成了自我促進(jìn)的入侵機(jī)制；紫莖澤蘭葉水溶液中的次生化感物質(zhì)對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響也較大(Zhuetal.,2017)，其入侵改變了根際土壤細(xì)菌多樣性，可能通過(guò)聚集一些特定的菌群來(lái)實(shí)現(xiàn)成功入侵。本研究采集云南境內(nèi)不同入侵域紫莖澤蘭根際土壤，比較不同生境中紫莖澤蘭根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，探究土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的關(guān)系。研究結(jié)果對(duì)于揭示紫莖澤蘭的入侵機(jī)制具有重要作用，同時(shí)也大大豐富入侵植物的土壤微生物假說(shuō)，并為紫莖澤蘭入侵的控制和管理以及生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料采集

紫莖澤蘭樣地位于中國(guó)西南地區(qū)的云南省(97°31′-206°11′E，21°8′-29°15′N)。該地土壤類型多為紅壤，氣候?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L(fēng)型，干濕季節(jié)分明，紫莖澤蘭入侵嚴(yán)重，形成明顯的單優(yōu)群落。于2017年3月在云南昆明、玉溪、普洱采用“五點(diǎn)法”分別采集紫莖澤蘭根際土壤樣品，設(shè)置樣方大小為3 m×3 m，每個(gè)樣點(diǎn)選取3個(gè)樣方。去除樣品中的石塊、斷根及其他雜質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室將土壤過(guò)2 mm篩。土樣過(guò)篩后分成3份：一份于室溫保存，用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定；一份置于-20 ℃保存，用于PLFAs分析；一份置于-80 ℃保存，用于分子分析。采集的土壤樣品的基本信息見(jiàn)表1。

表1 取樣地點(diǎn)概況Table 1 The general situation of sample location

1.2 土壤樣品理化性質(zhì)的測(cè)定

土壤pH值用電位法測(cè)定(水土比=2.5∶1)；土壤蛋白酶活性用茚三酮比色法測(cè)定，以24 h后1 g土壤中氨基氮的mg數(shù)表示；脲酶活性用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法測(cè)定，以1 g土壤中NH3-N的mg數(shù)表示；磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，以1 g土樣1 h催化PNPP分解生成對(duì)硝基苯酚的μg數(shù)表示；蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，以24 h后1 g土中葡萄糖mg數(shù)表示(關(guān)松蔭,1986； 哈茲耶夫等,1980)；土壤速效磷用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用1 mol·L-1中性醋酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測(cè)定；銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用2 mol·L-1KCl溶液浸提土樣后，采用全自動(dòng)化學(xué)分析儀(Smart-Chem 200, Alliance, France)測(cè)定(南京農(nóng)業(yè)大學(xué),1990)。

1.3 磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid ，PLFAs)分析

參考Frosteg?rdetal.(1993)和Kourtevetal.(2002)方法對(duì)PLFA進(jìn)行提取和分析。PLFA成分分析采用Sherlock MIS 4.5微生物自動(dòng)鑒定系統(tǒng)(sherlock microbial identification system，美國(guó)MIDI公司)，其中PLFA定量采用19∶0內(nèi)標(biāo)法。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，不同特征脂肪酸對(duì)應(yīng)不同的微生物(吳愉萍,2009； Frosteg?rd & Baath,1996； Hilletal.,2000； Huangetal.,2013； Olsson & Alstrom,2000)。

1.4 土壤DNA提取及PCR擴(kuò)增

采用手提法(張海燕等,2009； Zhouetal.,1996)提取土壤樣品總基因組DNA，利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)土壤總DNA的完整性，利用DNA濃度測(cè)定儀(Nanodrop)檢測(cè)DNA濃度。使用16S rDNA-V4區(qū)特異引物515F(5′-GCGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)進(jìn)行PCR測(cè)定，用2%的瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測(cè)。

1.5 Miseq測(cè)序

本研究采用Miseq (Illumina，美國(guó))進(jìn)行DNA測(cè)序，將測(cè)序后的DNA序列拼接，同時(shí)對(duì)序列的質(zhì)量和拼接效果進(jìn)行質(zhì)控過(guò)濾，然后按照barcode標(biāo)簽序列識(shí)別并區(qū)分樣品，得到有效數(shù)據(jù)。采用Usearch軟件設(shè)置97%相似性，對(duì)有效DNA序列數(shù)據(jù)進(jìn)行操作分類單元(operational taxonomic unit,OTU)分類。Miseq測(cè)序、序列拼接以及OTU分類均由北京諾禾致源生物信息科技有限公司完成。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示；采用Microsoft Excel 2016軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和主成分分析(principal components analysis，PCA)；采用Microsoft Excel 2016和Past 3軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤樣品微生物群落結(jié)構(gòu)

Y1、Y2、Y3和Y4樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤樣品中分別檢測(cè)到53、61、58和57種PLFA。選取大于0.01 nmoL·g-1的32種PLFA進(jìn)行分析，其中代表革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的PLFA 15種、革蘭氏陰性細(xì)菌12種、真菌1種、放線菌3種、叢枝菌根真菌1種(表2)。分析結(jié)果表明，4個(gè)樣點(diǎn)中各類微生物含量均存在顯著差異(表3)，其中Y2采樣點(diǎn)的細(xì)菌、真菌、放線菌、叢枝菌根真菌及總磷脂脂肪酸含量均顯著高于其他樣點(diǎn)，而Y1樣點(diǎn)的各類微生物含量均顯著低于其他樣點(diǎn)。各采樣點(diǎn)的各類群微生物中以細(xì)菌PLFAs含量最高，占總PLFAs的63.55%～74.92%(圖1)，各生境土壤樣品細(xì)菌磷脂脂肪酸含量均表現(xiàn)為與微生物總磷脂脂肪酸含量相同的變化趨勢(shì)。

對(duì)紫莖澤蘭根際土壤微生物群落PLFA進(jìn)行主成分分析(圖2)，結(jié)果顯示，4種樣品分別位于四個(gè)不同的象限且空間距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明在不同樣點(diǎn)土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)存在差異。采用SPSS21.0軟件計(jì)算主成分因子載荷值，對(duì)PC1貢獻(xiàn)較大的PLFA為16∶1 ω9c，17∶0，14∶0 iso，16∶0 iso和17∶0 anteiso；對(duì)PC2貢獻(xiàn)較大的PLFA為12∶0和14∶0，根據(jù)表2，以上PLFA均為代表細(xì)菌的PLFA，說(shuō)明細(xì)菌群落的差異是影響不同樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤微生物群落差異的主要因素。

表2 土壤微生物PLFA生物標(biāo)記物Table 2 Phospholipid fatty acid (PLFA) signatures of soil micro-organisms

表3 同樣地土壤微生物各菌群磷脂脂肪酸含量(n=3)Table 3 The contents of soil microbial PLFAs in different soil samples (n=3)

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同小寫(xiě)字母者表示在5%水平上差異顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different letters mean significant differences at 5% level.

圖1 不同樣點(diǎn)土壤微生物群落相對(duì)含量堆積圖Fig.1 Soil microbial community relative content accumulationhistogram in different locationsY1：普洱市思茅區(qū)；Y2:玉溪市紅塔區(qū);Y3:昆明市官渡區(qū);Y4:昆明市西山區(qū)。Y1: Simao District, Pu′er; Y2: Hongta District, Yuxi; Y3: Guandu District, Kunming; Y4: Xishan District, Kunming.

2.2 土壤細(xì)菌的OTU豐度和α多樣性

對(duì)土壤樣品DNA進(jìn)行高通量測(cè)序，經(jīng)過(guò)拼接和過(guò)濾處理后，獲得16S rDNA標(biāo)簽序列，根據(jù)97%的序列相似性劃分為不同的OTU。OTUs豐度稀釋曲線(圖3)顯示，隨著測(cè)序數(shù)量的上升，稀釋曲線斜率逐漸下降，趨向平坦但未達(dá)平臺(tái)期，說(shuō)明測(cè)序數(shù)量足夠，能夠反映樣品中的物種組成特征，但仍有小部分低豐度類群未被覆蓋。

土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)如表4所示。4個(gè)樣點(diǎn)之間土壤細(xì)菌Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)無(wú)顯著差異。Y2的Chao1指數(shù)顯著低于Y1、Y3和Y4，而Y1、Y3和Y4無(wú)顯著差異。PD_whole_tree指數(shù)代表通過(guò)進(jìn)化關(guān)系觀察到的種屬數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中Y2土壤細(xì)菌的種屬數(shù)顯著低于其他3個(gè)樣地；Y3土壤細(xì)菌的種屬數(shù)顯著高于Y2，但低于Y1、Y4且差異顯著；Y1、Y4土壤細(xì)菌種屬數(shù)無(wú)顯著差異。

2.3 土壤細(xì)菌OTUs分布

各土壤樣品一共有12398個(gè)細(xì)菌OTUs(圖4)，其中共有的OTUs為2737個(gè)，只占總數(shù)的22.08%，說(shuō)明不同地理?xiàng)l件對(duì)土壤細(xì)菌OTU影響明顯。Y2與Y1、Y3、Y4的細(xì)菌OTU共有數(shù)少于其他3個(gè)樣品之間的細(xì)菌OTU共有數(shù)，說(shuō)明Y2區(qū)域與Y1、Y3和Y4區(qū)域細(xì)菌組成存在差異。

圖2 土壤微生物群落的PCAFig.2 Principle component analysis of soil microbes

圖3 細(xì)菌OTUs稀釋曲線Fig.3 Rarefaction curves of the bacterial assemblages (OTU abundance)

樣點(diǎn) SampleShannon指數(shù) Shannon indexSimpson指數(shù) Simpson indexChao1指數(shù)Chao1 indexPD_whole_treeY110.14±0.040.0028±0.00016030.03±334.60a293.00±8.46aY29.91±0.100.0033±0.00064769.31±383.99b248.83±2.83bY310.00±0.050.0032±0.00035855.29±134.59a268.15±6.79cY410.03±0.110.0054±0.00106183.42±313.05a301.12±1.22a

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同小寫(xiě)字母者表示在5%水平上差異顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different letters mean significant differences at 5% level.

圖4 細(xì)菌OTUs分布韋恩圖Fig.4 Venn graph of bacteria OTUs distribution

2.4 細(xì)菌群落組成及豐度

PCA顯示(圖5)，同一入侵區(qū)域的微生物群落在PCA圖中較接近，表明同一入侵區(qū)域的微生物群落組成較相似。Y3位于PC2的正半軸，Y4位于PC2的負(fù)半軸，說(shuō)明不同海拔地區(qū)的細(xì)菌物種組成有明顯差異；Y1、Y2、Y3、Y4分別位于4個(gè)象限且距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明4個(gè)樣點(diǎn)的細(xì)菌組成存在差異。

根據(jù)各OTU代表序列的物種注釋結(jié)果，4種土壤樣品中分別檢測(cè)出細(xì)菌44門(mén)295科458屬、39門(mén)269科438屬、40門(mén)289科454屬以及45門(mén)303科479屬，其中Y2樣品中檢測(cè)到的細(xì)菌門(mén)數(shù)量、科數(shù)量以及屬數(shù)量均低于其他3個(gè)樣點(diǎn)，Y1和Y4土壤樣品檢測(cè)到的門(mén)數(shù)量不存在差異，Y1、Y3和Y4樣品中所檢測(cè)到的科數(shù)量和屬數(shù)量不存在差異。

選取各樣點(diǎn)土壤樣品中細(xì)菌在門(mén)分類水平上最大豐度排名前10的物種，生成物種相對(duì)豐度堆積圖(圖6)。由圖6可知，4個(gè)樣點(diǎn)土壤樣品都具有豐富的物種，在門(mén)的水平歸類的細(xì)菌達(dá)到了80%以上。最大豐度排名前10的種類為：變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、疣微菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、綠彎菌門(mén)以及Latescibacteria。在各采樣點(diǎn)的土壤樣品中，不同門(mén)類細(xì)菌所占的比例不同，但變形菌門(mén)的占比均為最高。

根據(jù)所有樣本在屬分類水平的物種注釋及豐度信息，選取豐度排名前30的屬，根據(jù)其在每個(gè)樣本中的豐度信息，從物種和樣本2個(gè)層面進(jìn)行聚類，繪制物種豐度聚類熱圖(圖7)。在屬水平上，每個(gè)樣點(diǎn)中各類細(xì)菌相對(duì)豐度存在差異，且同種細(xì)菌在不同樣點(diǎn)中相對(duì)豐度不同。Y1中的優(yōu)勢(shì)菌群為固氮菌屬和芽孢桿菌屬；Y2中的優(yōu)勢(shì)菌為乳酸桿菌屬、結(jié)核分枝桿菌屬以及根瘤菌屬和伯克霍爾德氏菌屬；Y3中的優(yōu)勢(shì)屬為鞘氨醇單胞菌屬和諾卡氏菌屬；而Y4樣地假單胞菌屬為優(yōu)勢(shì)菌群。

圖5 細(xì)菌群落的PCAFig.5 Principal component analysis of soil bacterial communities

圖6 門(mén)水平上的細(xì)菌相對(duì)豐度柱形圖Fig.6 The relative abundance of bacteria in Phylum levelY1：普洱市思茅區(qū)；Y2:玉溪市紅塔區(qū);Y3:昆明市官渡區(qū);Y4:昆明市西山區(qū)。Y1: Simao District, Pu′er; Y2: Hongta District, Yuxi;Y3: Guandu District, Kunming; Y4: Xishan District, Kunming.

圖7 屬水平上的物種豐度聚類熱圖Fig.7 The heatmap of bacterial relative abundance at the genus level

2.5 土壤的理化性質(zhì)

各樣品土壤養(yǎng)分和酶活含量均存在顯著差異(表5)。Y3樣點(diǎn)土壤樣品的速效磷、銨態(tài)氮、酸性磷酸酶含量顯著高于其他區(qū)域。Y2樣點(diǎn)土壤樣品的速效鉀、硝態(tài)氮、有機(jī)碳、蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶以及蛋白酶含量均顯著高于其他樣點(diǎn)。除銨態(tài)氮含量外，Y1樣點(diǎn)土壤樣品的其他養(yǎng)分及酶活含量均顯著低于Y2、Y3、Y4樣點(diǎn)。

表5 不同樣點(diǎn)土壤樣品理化性質(zhì)Table 5 Physic-chemical properties of soil samples in different areas

同列數(shù)據(jù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)后不同小寫(xiě)字母者表示在5%水平上差異顯著。

The data (means±SD) in the same column with the different letters mean significant differences at 5% level.

2.6 紫莖澤蘭不同入侵區(qū)域土壤細(xì)菌群落豐度及組成與環(huán)境因子的關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)中各樣點(diǎn)土壤理化性質(zhì)差異較大，為檢驗(yàn)各土壤環(huán)境因子是否影響土壤細(xì)菌多樣性及組成變化，研究采用Pearson相關(guān)性分析及Mantel test計(jì)算了細(xì)菌群落多樣性指數(shù)和組成與各環(huán)境因子之間的關(guān)系。土壤因子與土壤細(xì)菌的Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)無(wú)顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤環(huán)境因子未對(duì)4個(gè)樣品的土壤細(xì)菌多樣性產(chǎn)生影響。而土壤速效鉀、銨態(tài)氮、有機(jī)碳、蔗糖酶、脲酶和蛋白酶含量與細(xì)菌群落Chao1指數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)，說(shuō)明以上土壤環(huán)境因子顯著影響了土壤細(xì)菌的豐富度(表6)。海拔、土壤速效鉀、硝態(tài)氮、有機(jī)碳、蔗糖酶、蛋白酶以及脲酶均與細(xì)菌群落組成存在顯著相關(guān)(P<0.05)，即以上環(huán)境因子均顯著影響了細(xì)菌群落的組成(表7)。綜上所述，土壤速效鉀、有機(jī)碳、蔗糖酶、脲酶以及蛋白酶是影響不同樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要因素。

3 討論

土壤中的細(xì)菌是植物生長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力之一(張麗娜等,2016)，外來(lái)植物大量定居后可以通過(guò)增加與土壤養(yǎng)分循環(huán)有關(guān)的細(xì)菌數(shù)量來(lái)加速土壤的養(yǎng)分循環(huán)，提高植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的利用率，以促進(jìn)自身的生長(zhǎng)、競(jìng)爭(zhēng)和擴(kuò)散(牛紅榜等,2007a)。如互花米草SpartinaalternifloraLoisel.根際土壤中細(xì)菌分布量最大，表明其在土壤中起主要作用(鄭潔等，2017)；薇甘菊MikaniamicranthaKunth根際土壤中細(xì)菌含量也顯著高于真菌和放線菌含量(楊瓊等,2015)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)PLFAs分析法和PCA，發(fā)現(xiàn)各樣點(diǎn)土壤微生物中細(xì)菌含量所占比例均為最高，且細(xì)菌含量差異是導(dǎo)致不同入侵區(qū)域土壤微生物群落差異的主要因素。通過(guò)16S rDNA高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn),各入侵區(qū)域中土壤細(xì)菌門(mén)類數(shù)量相似，但在各區(qū)域中不同門(mén)類細(xì)菌的含量存在顯著差異。其中，變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和酸桿菌門(mén)含量相對(duì)較高，這與牛紅榜等(2007b)和朱珣之等(2015)的研究結(jié)果相似。研究表明，酸桿菌門(mén)是新近基于分子生態(tài)學(xué)研究劃分的新細(xì)菌類群，廣泛存在于自然界各種環(huán)境中，約占土壤細(xì)菌類群的5%～46%，可能是健康土壤的指示菌(Ellisetal.,2003)；變形菌門(mén)和厚壁菌門(mén)在多種植物根際土壤中也是優(yōu)勢(shì)類群，如葡萄VitisviniferaL.(Vega-avilaetal.,2015)、紅蕓豆PhaseolusvulgarisL.(Suyaletal.,2015)、菊芋HelianthustuberosusL.(Yangetal.,2016)；而放線菌門(mén)多是土壤中的正常菌群(朱珣之等,2015)。

表6 環(huán)境因子與土壤細(xì)菌群落多樣性指數(shù)的Pearson相關(guān)性分析Table 6 Pearson correlation analysis of environmental factors and soil bacterial community diversity index

*代表顯著性P<0.05；**代表顯著性P<0.01。

*indicates significant differences at 0.05 level;**indicates significant differences at 0.01 level.

表7 細(xì)菌群落組成和環(huán)境因子的Mantel檢驗(yàn)Table 7 Mantel tests of bacterial community and environmental factors

本實(shí)驗(yàn)所有土壤樣品中共有的相對(duì)豐度較高的細(xì)菌為變形菌門(mén)的假單胞菌屬和鞘氨醇單胞菌屬，變形菌門(mén)的慢生根瘤菌屬、厚壁菌門(mén)的芽孢桿菌屬以及放線菌門(mén)的鏈霉菌屬在部分區(qū)域土壤樣品中相對(duì)豐度較高。牛紅榜等(2007b)發(fā)現(xiàn)，紫莖澤蘭根際土壤中存在豐富的芽孢桿菌和假單胞菌，通過(guò)這些具有強(qiáng)拮抗性能的根際有益微生物的反饋?zhàn)饔茫沟米锨o澤蘭能在與當(dāng)?shù)刂参锔?jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。慢性根瘤菌屬、鏈霉菌屬和鞘氨醇單胞菌屬均為土壤中的有益微生物菌群(施河麗等,2018； Chaintreuiletal.,2000)，在土壤碳、氮循環(huán)中起重要作用。紫莖澤蘭入侵后，其根際土壤中氨氧化細(xì)菌、自生固氮菌等有益功能菌顯著高于本地植物根際土壤，這些功能菌參與土壤氮循環(huán)，可間接為植物提供氮源，促進(jìn)紫莖澤蘭生長(zhǎng)，使其在與本地植物競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)(戴蓮等，2012)。

土壤性質(zhì)是影響微生物群落變化的主要因素之一(王光華等,2006)。本研究所選土壤人為干預(yù)較少，因此，細(xì)菌群落的變化主要體現(xiàn)在土壤自身理化性質(zhì)的差異上。紅毛草Murdannianudiflora(L.) Brenan根際土壤中的細(xì)菌含量與過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、纖維素酶和脲酶活性存在一定的相關(guān)性(張麗娜等，2016)；而互花米草根際土壤中細(xì)菌PLFA與土壤有機(jī)碳、蔗糖酶、過(guò)氧化氫酶呈顯著相關(guān)性(鄭潔等,2017)。本研究4個(gè)采樣地土壤樣品理化性質(zhì)相差較大，通過(guò)細(xì)菌多樣性指數(shù)和土壤因子間的Pearson相關(guān)性分析以及細(xì)菌群落組成和環(huán)境因子的Mantel檢驗(yàn)可知，土壤中蔗糖酶、脲酶、蛋白酶是影響紫莖澤蘭根際土壤細(xì)菌群落的主要因素。土壤養(yǎng)分與肥力直接相關(guān),直接影響植物生長(zhǎng)，土壤微生物的活躍狀態(tài)與土壤物質(zhì)、能量循環(huán)相關(guān)，間接影響土壤肥力。楊瓊等(2015)發(fā)現(xiàn)，薇甘菊根際土壤細(xì)菌與土壤有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮、有效磷相關(guān)性顯著；邵文山等(2016)對(duì)荒漠草原4種常見(jiàn)植物群落土壤養(yǎng)分及微生物的研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷與土壤細(xì)菌群落均存在顯著正相關(guān)關(guān)系；本研究結(jié)果也顯示,有機(jī)質(zhì)以及硝態(tài)氮與土壤細(xì)菌群落組成關(guān)系密切。Zhangetal. (2013)指出，土壤pH值也是影響微生物多樣性的主要因素，但本研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)土壤pH值對(duì)土壤細(xì)菌群落及多樣性有明顯影響，可能與研究中涉及的樣品pH值范圍較近似有關(guān)(pH=6.85～7.50)。

本研究利用PLFAs分析和16s rDNA高通量測(cè)序方法相結(jié)合，比較不同采樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異，得到如下結(jié)論：不同樣點(diǎn)紫莖澤蘭根際土壤中細(xì)菌含量存在顯著差異，且細(xì)菌含量在微生物總量中占比最高。各樣點(diǎn)土壤細(xì)菌在門(mén)類數(shù)量上相似，但不同門(mén)類的細(xì)菌相對(duì)豐度不同，其中，變形菌門(mén)的相對(duì)豐度占比均最高；從屬水平上看，不同樣點(diǎn)存在著不同的優(yōu)勢(shì)菌群，且同種細(xì)菌在不同樣點(diǎn)土壤的含量差異較大。通過(guò)對(duì)土壤環(huán)境因子和細(xì)菌群落作相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤中的速效鉀、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、脲酶以及蛋白酶是影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要因素。