何小麗

(1.上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院，上海 200232； 2.上海城市困難立地綠化工程技術(shù)研究中心，上海 200232)

玉蘭，為木蘭目、木蘭科、木蘭屬落葉喬木，常見(jiàn)種類有白玉蘭、望春玉蘭、二喬玉蘭、紫玉蘭等，為中國(guó)著名花木，是早春重要的觀花樹木，有著兩千多年的栽培歷史。玉蘭喜溫暖濕潤(rùn)氣候和肥沃疏松土壤，不耐干旱和水澇，現(xiàn)多見(jiàn)于園林或行道樹兩側(cè)。白玉蘭為上海市市花，上海氣候濕潤(rùn)多雨，植物根圍土壤中分布著大量的微生物，根圍微生物和植物互生互利，植物為根圍微生物提供碳源、氮源及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，根圍微生物幫助植物更好的吸收土壤中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)并提供大量促進(jìn)植物生長(zhǎng)的激素等物質(zhì)，同時(shí)由于占據(jù)有效生態(tài)位，也具有有效防御病原菌侵害等作用。根圍微生物中的菌根真菌與植物關(guān)系緊密，據(jù)估計(jì)，3%的植物都會(huì)形成菌根結(jié)構(gòu)[1-2]。浙江嵊州作為全國(guó)著名的玉蘭繁殖基地，本研究對(duì)浙江嵊州白玉蘭林進(jìn)行土樣采集，分析其根圍細(xì)菌群落及菌根真菌多樣性，為了解白玉蘭根圍微生物群落結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)，從而為白玉蘭的推廣應(yīng)用提供有效的科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

共采集浙江嵊州1～4號(hào)白玉蘭林不同深度(0～30、30～60 cm)土壤樣品7個(gè)，分別編號(hào)為1-30、1-60、2-30、2-60、3-30、4-30、4-60。3號(hào)樣地由于土壤硬且雜質(zhì)較多，只取0～30 cm土樣，編號(hào)3-30(表1)。

表1 各白玉蘭根圍土樣的理化性質(zhì)

1.2 土壤微生物DNA提取及MIseq測(cè)序

稱取250 mg的樣品，放入滅菌的2 mL離心管中，加入1 mL 70%乙醇，震蕩混勻，10 000 r·min-1室溫離心3 min，棄上層液體。加入1×PBS溶液，震蕩混勻，10 000 r·min-1室溫離心3 min，棄上層液體。倒置2 mL離心管于吸水紙上1 min，直至沒(méi)有液體流出。將樣品管于55 ℃烘箱放置10 min，使殘留酒精完全揮發(fā)。具體提取步驟參照OMEGA試劑盒E.Z.N.ATMMag-Bind Soil DNA Kit使用說(shuō)明書。使用瓊脂糖凝膠檢測(cè)DNA完整性。

采用通用引物(341F/805R)對(duì)土樣細(xì)菌16S rDNA基因的V3～V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增，采用菌根特異性引物(AMV4.5NF/AMDGR)[3]對(duì)土樣菌根真菌18S rDNA基因進(jìn)行擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增體系為50 μL，其中含2×Taq master Mix 15 μL、Bar-PCR primer F(10 μmol)1 μL、Primer R(10 μmol)1 μL、Genomic DNA 10～20 ng、H2O 補(bǔ)齊至50 μL。PCR擴(kuò)增的反應(yīng)條件為：94 ℃ 3 min；5×(94 ℃ 30 s；45 ℃ 20 s；65 ℃ 30 s)；20×(94 ℃ 20 s；55 ℃ 20 s；72 ℃ 30 s)；72 ℃ 5 min。利用Qubit2.0 DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)回收的DNA精確定量，以方便按照1∶1等量混合后測(cè)序。等量混合時(shí)，每個(gè)樣品DNA取10 ng，最終上機(jī)測(cè)序濃度為20 pmol。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物利用上海生工生物工程有限公司的MiSeq PE300測(cè)定儀(Illumina Inc.San Diego.CA.USA)完成序列測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將測(cè)序所得全部有效的基因序列以97%的一致性聚類得到OTUs序列，通過(guò)RDP classifier軟件對(duì)所有OTUs序列進(jìn)行序列比對(duì)得到其系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 白玉蘭林土壤細(xì)菌多樣性

1～4號(hào)地塊的白玉蘭林土壤細(xì)菌香農(nóng)多樣性指數(shù)均在6左右(表2)。其中，1、2號(hào)地塊不同深度土壤細(xì)菌香農(nóng)多樣性指數(shù)表現(xiàn)為表層0～30 cm高于深層30～60 cm土壤，4號(hào)地塊細(xì)菌香農(nóng)多樣性指數(shù)表現(xiàn)為表層0～30 cm與深層30～60 cm土壤差異不顯著。

表2 各白玉蘭根圍土樣的細(xì)菌多樣性指數(shù)與豐度

不同地塊白玉蘭土壤細(xì)菌物種相對(duì)含量平均值大于1%的主要為Unclassified(37.5%)、Gp2(6.1%)、Gp1(5.6%)、Gp3(2.6%)、Rhizomicrobium(2.5%)、Phenylobacterium(2.1%)、Ktedonobacter(2.1%)、Arthrobacter(1.7%)、Burkholderia(1.2%)、Gemmatimonas(1.3%)、Sphingosinicella(1.3%)、Pseudomonas(1.2%)(圖1)。不同地塊不同深度土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有所差異，1-30、1-60、2-30、2-60中GP2、GP1相對(duì)豐度較高；3-30優(yōu)勢(shì)種類Phenylobacterium相對(duì)豐度較高；4-30、4-60優(yōu)勢(shì)種類GP2、GP1、GP3、Rhizomicrobium相對(duì)豐富較高。上述結(jié)果可知，由于GP2、GP1、GP3等種類名稱還未確定，其功能也就難以被深入研究，有待后期進(jìn)一步的研究。

圖1 各白玉蘭根圍土樣細(xì)菌群落在屬水平上的組成和相對(duì)豐度

2.2 白玉蘭根圍細(xì)菌群落環(huán)境影響因子分析

速效鉀AK與第一排序軸高度相關(guān)，是白玉蘭根圍細(xì)菌群落主要環(huán)境影響因子，堿解氮AN、有效磷AP、有機(jī)質(zhì)OM、pH和第二排序軸高度相關(guān)，為白玉蘭根圍細(xì)菌群落次要環(huán)境影響因子。其中1、2號(hào)地塊細(xì)菌群落與pH正相關(guān)，3號(hào)地塊細(xì)菌群落與AK正相關(guān)，4號(hào)地塊細(xì)菌群落與OM、AN、AP和EC值正相關(guān)(圖2)。

圖2 白玉蘭根圍細(xì)菌群落與土壤理化因子的典型對(duì)應(yīng)分析

2.3 白玉蘭林菌根真菌多樣性

1～4號(hào)地塊中1-30樣品土壤菌根真菌香農(nóng)多樣性指數(shù)最高，為4.60，高于其他6個(gè)樣品(表3)。其中，1、2號(hào)地塊不同深度土壤菌根真菌香農(nóng)多樣性指數(shù)表現(xiàn)為表層0～30 cm高于深層30～60 cm土壤，這與其細(xì)菌多樣性指數(shù)一致；4號(hào)地塊菌根真菌香農(nóng)多樣性指數(shù)表現(xiàn)為與其細(xì)菌多樣性指數(shù)變化保持一致。

表3 各白玉蘭根圍土樣的菌根真菌多樣性指數(shù)與豐度

在屬的分類水平上，不同地塊白玉蘭土壤菌根真菌物種主要為unclassified(45.9%)、Umbelopsis(19.6%)、Geminibasidium(6.0%)、Aphelidium(4.1%)、Knufia(2.4%)、Thanatephorus(2.3%)、Aspergillus(1.7%)、Venturia(1.6%)、Powellomyces(1.6%)、Fimicolochytrium(1.3%)、Xylobolus(1.2%)。不同地塊不同深度土壤菌根真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大，1-30中Geminibasidium、Knufia、Rigifila占有較高比例，分別為6.0%、7.3%、5.5%；1-60中Aphelidium、Knufia、Fimicolochytrium、Xylobolus占有較高比例，分別為24.5%、8.9%、8.2%、7.0%；2-30、3-30中未分類細(xì)菌平均占80%，表明其中含大量潛在的新種；2-60中Geminibasidium、Thanatephorus、Venturia、Powellomyces占有較高比例，分別為31.9%、13.5%、8.1%和5.0%(圖3)?？梢钥闯?號(hào)白玉蘭林4-30、4-60土壤中Umbelopsis為主要的優(yōu)勢(shì)種群，相對(duì)豐度分別占65.8%、69.3%，遠(yuǎn)高于其他5個(gè)土壤樣品。

圖3 各白玉蘭根圍土樣菌根真菌群落在屬水平上的組成和相對(duì)豐度

3 小結(jié)與討論

土壤根圍細(xì)菌和菌根真菌對(duì)植物生長(zhǎng)影響顯著，但由于土壤微生物及菌根真菌研究方法的局限性，園林植物根圍細(xì)菌及其菌根真菌分布特征研究報(bào)道較少，且多集中在常見(jiàn)的花卉植物。本研究發(fā)現(xiàn)，浙江嵊州1～4號(hào)白玉蘭林根圍細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)較相似(3號(hào)林除外)。1～4號(hào)白玉蘭菌根真菌群落差異較大，其中4號(hào)白玉蘭林菌根真菌以Umbelopsis為主要優(yōu)勢(shì)菌，且與矮小傘霉菌(Umbelopsisnana)的相似度達(dá)99%。很多學(xué)者也從其他植物中分離到傘狀霉屬，如趙建娜[4]從蘭科植物根部分離到傘狀霉屬等菌根真菌；羅開(kāi)源[5]從銹葉杜鵑根部分離到傘狀霉屬真菌；楊鶴同[6]從鐵皮石斛根部分離到傘狀霉屬真菌。研究表明，Umbelopsis并不是白玉蘭的專一性菌根真菌[7-8]，通?？梢詫⒅参锎偕苽涑删鷦┐龠M(jìn)植物生長(zhǎng)[9-10]，因此，可以通過(guò)添加外源菌根真菌Umbelopsis菌劑以提高白玉蘭林土壤菌根真菌含量，從而間接提升白玉蘭林的生長(zhǎng)狀態(tài)。從白玉蘭長(zhǎng)勢(shì)來(lái)看，4號(hào)地塊白玉蘭長(zhǎng)勢(shì)最佳，優(yōu)于1～3號(hào)地塊白玉蘭。1～4號(hào)地塊白玉蘭土壤菌根真菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯，且無(wú)共同的優(yōu)勢(shì)菌根真菌，只有1-60、2-60中的Aphelidium、Geminibasidium占有較高比例，分別達(dá)24.5%、31.9%；1～3號(hào)地塊主要為粗放式管理的白玉蘭林，人工干預(yù)小，4號(hào)地塊為基地栽植，人工精細(xì)化管理，肥水措施完善，4號(hào)地塊土壤肥力明顯高于1～3號(hào)地塊，這些綜合因素可能導(dǎo)致4號(hào)地塊與其他地塊菌根真菌群落不同。綜合分析表明，土壤肥力的提升對(duì)白玉蘭菌根真菌遺傳多樣性的影響較大，但對(duì)細(xì)菌遺傳多樣性影響較小，可以通過(guò)改變白玉蘭菌根真菌群落結(jié)構(gòu)來(lái)提升白玉蘭林生長(zhǎng)效果。本研究對(duì)浙江嵊州地區(qū)白玉蘭林地開(kāi)展研究，研究結(jié)果為上海市白玉蘭的培育與管護(hù)提供借鑒意義。對(duì)上海地區(qū)白玉蘭根圍細(xì)菌及其菌根真菌群落有待開(kāi)展進(jìn)一步對(duì)比研究。