任思齊 應(yīng)趙晗 吳昕睿 李明 賀文芳 田磊 徐勇斌 程霄玲 鄭善堅(jiān)

摘要 ［目的］研究蕹菜、甘薯、枸杞對(duì)蝦菜共生系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。［方法］通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析種植不同蔬菜的蝦菜共生系統(tǒng)中微生物群落組成，并檢測(cè)該系統(tǒng)中的硝酸鹽、磷酸鹽指標(biāo)。［結(jié)果］不同蝦菜共生系統(tǒng)中水體微生物共同的OTU數(shù)目為450種，其中，枸杞組（LM）的OTU數(shù)目最多，為852種，且Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)最高；蕹菜組（IF）對(duì)硝酸鹽、磷酸鹽去除率分別達(dá)65.70%和67.57%，且與其他組群落結(jié)構(gòu)差異顯著（P<0.05）。在門水平上，不同系統(tǒng)中水體的優(yōu)勢(shì)菌群為變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、Patescibacteria；在屬水平上，不同系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群為紅球菌屬（Rhodococcus）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、谷氨酸桿菌屬（Glutamicibacter）。［結(jié)論］甘薯和枸杞更有利于維持水環(huán)境的穩(wěn)定，蕹菜對(duì)硝酸鹽、磷酸鹽去除效果更好。

關(guān)鍵詞 蝦菜共生；蔬菜種植；微生物；群落結(jié)構(gòu)；高通量測(cè)序

中圖分類號(hào) S182；S917.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2024）10-0103-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.022

Effects of Different Vegetable Cultivation on the Microbial Community Structure in Shrimp-vegetable Symbiotic System

REN Si-qi1，2，YING Zhao-han1，WU Xin-rui1 et al

（1. College of Bioscience， Zhejiang Normal University， Jinhua，Zhejiang 321004;2. Key Laboratory of Wildlife Biotechnology and Conservation and Utilization of Zhejiang Province， Jinhua，Zhejiang 321004）

Abstract ［Objective］ To study the effects of Ipomoea aquatica， Ipomoea batatas and Lycium chinense on the microbial community structure in shrimp-vegetable symbiotic system.［Method］The composition of microbial community in shrimp-vegetable symbiotic system growing different vegetables was analyzed by high-throughput sequencing technique， and the indexes of nitrate and phosphate in the system were detected. ［Result］The number of OTU shared by microorganisms in different shrimp-vegetable symbiotic systems was 450 species，among them， the number of OTU in Lycium chinense group （LM） was the highest （852 species）， and the Shannon-Wiener index and Simpson index were the highest. The removal rates of nitrate and phosphate in Ipomoea aquatica （IF） were 65.70% and 67.57%， respectively， and the community structure was significantly different from other groups （P<0.05）. At the gate level， the dominant flora in different systems were Proteobacteria， Actinobacteria and Patescibacteria.At the genus level，while the dominant flora in different systems were Rhodococcus， Acinetobacter and Glutamicibacter. ［Conclusion］Ipomoea batatas and Lycium chinense were more beneficial to maintain the stability of water environment， and Ipomoea aquatica was more effective in removing nitrate and phosphate.

Key words Shrimp-vegetable symbiosis;Vegetable cultivation;Microorganism;Community structure;High-throughput sequencing

基金項(xiàng)目 金華市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2021-2-017）；浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2020C02014）。

作者簡(jiǎn)介 任思齊（1998—），男，浙江杭州人，碩士研究生，研究方向：水生動(dòng)物生態(tài)學(xué)。

*通信作者，教授，碩士，碩士生導(dǎo)師，從事水生生物學(xué)研究。

收稿日期 2023-08-01；修回日期 2023-08-24

蝦菜共生系統(tǒng)是基于魚(yú)菜共生系統(tǒng)的一種新發(fā)展，利用養(yǎng)殖系統(tǒng)中的對(duì)蝦排泄物（包括顆粒廢物固體和溶解的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）作為營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)，種植可食用蔬菜［1］，系統(tǒng)中的微生物群落可降解對(duì)蝦排泄物，有助于植物吸收，并降低水體中的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽和磷酸鹽等含氮、高磷營(yíng)養(yǎng)鹽，從而改善養(yǎng)殖水質(zhì)，使對(duì)蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，蝦菜共生系統(tǒng)在水資源循環(huán)利用、養(yǎng)殖廢棄物高效處理等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)［2-3］?？傮w來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，蝦菜共生系統(tǒng)很好地利用蝦-菜-菌之間的互作關(guān)系，減少了碳排放和水污染。近年來(lái)隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，尤其是高通量測(cè)序技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，使該技術(shù)能夠較準(zhǔn)確地定性和定量分析微生物的多樣性和豐度，有利于精準(zhǔn)了解蝦菜共生模式下的微生物群落結(jié)構(gòu)［4-9］。

凡納濱對(duì)蝦（Penaeus vanmamei）是一種生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)的養(yǎng)殖品種，總體上認(rèn)為5‰以上的鹽度對(duì)蝦的生長(zhǎng)和成活率相對(duì)較好。在生產(chǎn)實(shí)踐表明，蕹菜（Ipomoea aquatica Forssk.）、甘薯［Ipomoea batatas（L.）Lam.］和枸杞（Lycium chinense Mill.）3種植物都可在蝦菜共生系統(tǒng)中具有較好的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。研究表明，室內(nèi)對(duì)蝦循環(huán)水養(yǎng)殖對(duì)養(yǎng)殖水體水質(zhì)具有良好的調(diào)節(jié)效果，可有效控制養(yǎng)殖水體 COD、NH+4-N和NO-2-N濃度，具有較強(qiáng)的可行性［3，10-12］，且在魚(yú)菜共生模式下，蕹菜對(duì)水體氮磷處理及微生物群落變化的研究頗多，該模式對(duì)保持根際微生物在提高蔬菜對(duì)環(huán)境脅迫的抗逆性上有重要作用，能有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng)［13-15］。甘薯和枸杞也是常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)作物且這2種作物具有較高的藥用價(jià)值［16］。但現(xiàn)有研究都缺乏不同植物對(duì)蝦菜共生系統(tǒng)中水體微生物多樣性的相關(guān)研究。因此，該研究在以凡納濱對(duì)蝦為養(yǎng)殖對(duì)象的蝦菜共生系統(tǒng)中，探究栽培蕹菜、甘薯、枸杞3種植物對(duì)水體微生物多樣性的影響，以期為蝦菜共生系統(tǒng)微生物的作用機(jī)制提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于蝦菜共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，裝置包括養(yǎng)殖缸和種植槽兩部分。養(yǎng)殖缸長(zhǎng)30.0 cm、寬21.0 cm、高24.5 cm，養(yǎng)殖缸上方嵌套種植槽，種植槽長(zhǎng)30 cm、寬21 cm、高12 cm。種植槽進(jìn)水管口接10 cm長(zhǎng)的200目發(fā)酵過(guò)濾袋，用于破碎顆粒有機(jī)物。種植槽填埋10 cm厚的陶粒和火山石，蔬菜種植在陶粒上。水泵抽取養(yǎng)殖水經(jīng)發(fā)酵過(guò)濾袋過(guò)濾后，水溶性有機(jī)物經(jīng)陶粒生物降解，產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)鹽被蔬菜吸收后，經(jīng)溢流口流回養(yǎng)殖區(qū)。

試驗(yàn)周期21 d，試驗(yàn)所選蔬菜蕹菜、甘薯、枸杞均為人工栽培的幼苗，根系生長(zhǎng)健全。分別選取植株大小相似的菜苗進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)分別為蕹菜組（IF）、甘薯組（IL）和枸杞組（LM）。每個(gè)種植槽栽植12株，設(shè)置3個(gè)平行組。并同時(shí)設(shè)置空白組（CK）。試驗(yàn)缸放置5.5 L養(yǎng)殖水，養(yǎng)殖水取自蝦菜共生養(yǎng)殖基地（水體鹽度為5‰、pH 8.17、硝酸鹽0.37 mg/L、磷酸鹽5.35 mg/L、氨氮0.12 mg/L、亞硝酸鹽0.06 mg/L）。由于對(duì)蝦在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收離子元素和排出代謝廢物等，因此，為排除對(duì)蝦這一因素對(duì)系統(tǒng)的干擾，該系統(tǒng)采用蔬菜養(yǎng)殖區(qū)和水循環(huán)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 樣品采集

用孔徑0.22 μm的醋酸纖維素濾膜（Merk Millipore，USA）對(duì)試驗(yàn)前后的水樣進(jìn)行真空抽濾，濾膜裝入滅菌后的離心管，液氮速凍，置于-80 ℃超低溫冰箱保存。利用 Ezup柱式細(xì)菌基因組 DNA 提取試劑盒采取水樣DNA（上海生工生物工程股份有限公司），對(duì)提取后的 DNA 經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)其質(zhì)量和完整性后，進(jìn)行提取基因組DNA，用帶有barcode的特異引物擴(kuò)增16S rDNA的V3～V4區(qū)。

1.3 Illumina Miseq測(cè)序

引物序列為341F（CCTACGGGN-GGCWGCAG-3′）和806R（GGACTACHVGGGTATCTAAT-5′）。 將純化后的擴(kuò)增產(chǎn)物連接測(cè)序接頭并構(gòu)建測(cè)序文庫(kù)，最后送至廣州基迪奧生物科技有限公司進(jìn)行Illumina上機(jī)測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

將測(cè)序獲得的raw reads進(jìn)行低質(zhì)量reads過(guò)濾（FASTP軟件），并進(jìn)行Tags拼接（FLASH軟件）、Tags過(guò)濾、OTU聚類（USEARCH軟件的UPARSE算法）和Tags去嵌合體（USEARCH軟件的UCHIME算法）；使用Qiime軟件進(jìn)行Alpha多樣性分析；以相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值>0.5且P<0.05為閾值，篩選展示滿足條件的結(jié)果，繪制物種豐度柱狀圖；使用R語(yǔ)言vegan包進(jìn)行維恩圖分析；使用R語(yǔ)言GUniFrac包，基于OTU序列進(jìn)化樹(shù)和OTU豐度表，計(jì)算weighted unifrac距離指數(shù)；使用 FAPROTAX（functional annotation of prokaryotic taxa）軟件，結(jié)合 SILVA的物種注釋并整合原核功能數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建 “物種-生態(tài)功能分類”的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品測(cè)序質(zhì)量及復(fù)雜度分析

該試驗(yàn)共得到12個(gè)樣品（對(duì)照組CK-3在收集樣品時(shí)被污染，以11個(gè)樣本進(jìn)行展開(kāi)分析）。從11個(gè)樣品中得到的平均原始序列為112 854條，構(gòu)建OTU分類信息單元且獲得注釋信息的平均Tags數(shù)為83 782條，有效率達(dá)到74.24%。測(cè)序樣品檢測(cè)到OTU平均數(shù)（相似度大于97%）為765種（表1）。

稀釋曲線可直接反映測(cè)序數(shù)據(jù)量的完整性，并間接反映樣品中物種的豐富程度。對(duì)樣品進(jìn)行多次隨機(jī)抽樣，構(gòu)建稀釋曲線如圖1a所示，在隨機(jī)抽取的測(cè)序數(shù)量大于40 000種時(shí)，曲線趨于平緩，表明測(cè)序數(shù)量漸進(jìn)合理。當(dāng)測(cè)序數(shù)量≥60 000種時(shí)，微生物群落OTU數(shù)目表現(xiàn)為L(zhǎng)M>CK>IL>IF。樣品相對(duì)豐度稀釋曲線（圖1b）直觀地反映了樣品中物種的豐富度和均勻度。LM組在水平方向上的跨度較大，表明枸杞組水體微生物的豐富度較高；而CK組在垂直方向上曲線的跨度較小，表明其水體微生物的均勻程度相對(duì)較低。

2.2 微生物群落組成分析

將培養(yǎng)21 d后的3個(gè)組與CK組初始水樣微生物進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)物種注釋結(jié)果，選取各樣品豐度排名前10的物種，以門（Phylum）、屬（Genus）水平為例繪制物種相對(duì)豐度圖（圖2）。

在門水平上，有以下10種相對(duì)豐度較大的物種，分別是Dependentiae、彎曲桿菌門（Epsilonbacteraeota）、衣原體門（Chlamydiae）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、浮霉菌門（Planctomycetes）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、Patescibacteria、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）。從門分類水平上細(xì)菌相對(duì)豐度變化趨勢(shì)分析，初始水體門級(jí)微生物分布如CK所示，其優(yōu)勢(shì)菌門為變形菌門（71.17%）、擬桿菌門（13.70%）、厚壁菌門（9.54%）。經(jīng)過(guò)21 d的培養(yǎng)，蕹菜組（IF）水體的優(yōu)勢(shì)菌門為變形菌門（59.15%）、放線菌門（18.95%）、Patescibacteria（15.77%）；甘薯組（IL）水體的優(yōu)勢(shì)菌門為放線菌門（47.12%）、變形菌門（38.23%）、擬桿菌門（4.73%）；枸杞組（LM）水體的優(yōu)勢(shì)菌門為變形菌門（39.85%）、放線菌門（32.41%）、Patescibacteria（16.41%）。

在屬水平上，有以下10種相對(duì)豐度較大的物種，分別是分枝桿菌屬（Mycobacterium）、檸檬酸桿菌屬（Limnobacter）、NS3a_marine_group、甲基過(guò)苜蓿屬（Methyloversatilis）、紅桿菌屬（Rhodobacter）、類節(jié)桿菌屬（Paenarthrobacter）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、谷氨酸桿菌屬（Glutamicibacter）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、紅球菌屬（Rhodococcus）。從屬分類水平上細(xì)菌相對(duì)豐度變化趨勢(shì)分析，初始水體屬級(jí)微生物分布如CK所示，其優(yōu)勢(shì)菌屬為紅桿菌屬（8.03%）、葡萄球菌屬（5.98%）。同樣經(jīng)過(guò)21 d的培養(yǎng)，蕹菜組（IF）水體的優(yōu)勢(shì)菌屬為不動(dòng)桿菌屬（23.06%）、谷氨酸桿菌屬（7.19%）、紅球菌屬（5.84%）；甘薯組（IL）水體的優(yōu)勢(shì)菌屬為紅球菌屬（38.17%）、不動(dòng)桿菌屬（11.96%）、類節(jié)桿菌屬（5.04%）；枸杞組（LM）水體的優(yōu)勢(shì)菌屬為紅球菌屬（19.57%）、不動(dòng)桿菌屬（13.01%）、谷氨酸桿菌屬（9.78%）。紅球菌屬、不動(dòng)桿菌屬雖在各樣品中均存在，因其環(huán)境因子的變化導(dǎo)致其所占比例存在明顯差異，說(shuō)明水體微生物的組成受到環(huán)境的影響。

根據(jù)OTU數(shù)目及屬水平聚類分析結(jié)果和研究需求，將所有樣品進(jìn)行均一化處理，基于各組之間共有和特有的OTU數(shù)目繪制Upset圖（圖3）。從圖3可以看出不同樣品OTU數(shù)目組成相似性及重疊情況，LM組OTU數(shù)目最多，為852種，IL組最少，為787種；3組共有的OTU數(shù)目為450種，不同樣品中特有OTU數(shù)目表現(xiàn)為IF組最高（269種），LM組次之（234種），IL組最少（184種）。屬水平上，3組共有的OTU數(shù)目為159種，IF組特有的OTU數(shù)目為39種，IL組和LM組分別為24和20種。IF組2個(gè)水平的特有OTU數(shù)目均最高。

2.3 微生物多樣性分析

Alpha多樣性主要關(guān)注樣品中微生物群落多樣性［17］，通過(guò)該分析方法來(lái)反映樣品中微生物群落的多樣性和豐富度。從表2可以看出，4個(gè)水樣微生物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)排序均為L(zhǎng)M>IF>IL>CK，表明枸杞組根系水樣中微生物群落多樣性相對(duì)較高。Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)分別用于估算樣品中所含OTU數(shù)目和物種組成的豐富度、均勻度。枸杞組（LM）的Chao1指數(shù)最高，與實(shí)測(cè)的OTU數(shù)目相吻合，表明枸杞組（LM）細(xì)菌種類數(shù)量最多、群落豐度也最高。CK組的ACE指數(shù)最高，與實(shí)測(cè)的OTU數(shù)目最低有所偏差，可能是由于一些物種比其他物種更容易被檢測(cè)到，從而出現(xiàn)物種豐富偏差，導(dǎo)致ACE指數(shù)偏高。

該研究中這2種指數(shù)的變化趨勢(shì)除CK組外大體一致，均表現(xiàn)為枸杞組（LM）最大、蕹菜組（IF）最低，表明前者中含有的OTU數(shù)目最多，即微生物種類數(shù)量和豐度最高，而后者最低。

偏最小二乘法-判別分析（partial least squares-discriiminate analysis，PLS-DA）經(jīng)常用來(lái)處理分類和判別問(wèn)題，對(duì)3組蔬菜相似度進(jìn)行比較?；贠TU水平的PLS-DA排序結(jié)果見(jiàn)圖4，第1主成分（t1）為44.5%，第2主成分（t2）為28.9%。不同分組樣本使用不同顏色表示，樣本組成越相似，樣本在圖形上的距離越近，IL組和LM組都在第一象限，CK組在第二象限，IF組在第三象限，可見(jiàn)甘薯組（IL）和枸杞組（LM）差異最小。

2.4 聚類分析

為了進(jìn)一步得到不同樣品間群落結(jié)構(gòu)差異，基于Weighted Unifrac距離并對(duì)OTU進(jìn)行多序列比對(duì)構(gòu)建非加權(quán)組平均聚類樹(shù)（UPGMA），結(jié)果如圖5所示，甘薯組（IL）與枸杞組（LM）相似度最高，與PLS-DA分析結(jié)果相同。

2.5 功能預(yù)測(cè)

根據(jù)FAPROTAX［18］預(yù)測(cè)出水樣中生態(tài)功能的相對(duì)豐度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖6），整體細(xì)菌群落功能注釋相對(duì)豐度較高，不同組別之間細(xì)菌群落功能注釋相對(duì)豐度相差較大。蕹菜組（IF）中細(xì)菌群落功能注釋相對(duì)豐度最高，主要體現(xiàn)在硝酸鹽反硝化作用（nitrate_denitrification）、亞硝酸鹽反硝化作用（nitrite_denitrification）、硝化作用（nitrification）、氮的吸收（nitrogen_respiration）等功能上。甘薯組（IL）中細(xì)菌群落功能注釋相對(duì)豐度最低，化合異化作用（chemoheterotrophy）、硝酸鹽還原（nitrate_reduction）、尿素降解（ureolysis）等具有相對(duì)較高的豐度。枸杞組（LM）中細(xì)菌群落功能注釋相對(duì)豐度較高，其中纖維素分解（cellulolysis）、光自養(yǎng)（photoautotrophy）、含氧光合作用（oxygenic_photoautotrophy）等豐度較高。

2.7 水質(zhì)變化

為期21 d試驗(yàn)，各系統(tǒng)的環(huán)境較為穩(wěn)定［水溫（27.3±1.0）℃、溶解氧（5.54±0.50）mg/L、pH 8.17±0.04、亞硝酸鹽（0.06±0.02）mg/L、氨氮（0.12±0.05）mg/L］。水質(zhì)變化情況如圖7所示，3種蔬菜對(duì)養(yǎng)殖水體的硝酸鹽、磷酸鹽的去除均有較好的效果。蕹菜組（IF）、甘薯組（IL）、枸杞組（LM）對(duì)硝酸鹽的去除率分別為65.70%、46.18%、40.09%，該結(jié)果與“2.6”功能分析結(jié)果相同，蕹菜組的去除率顯著高于甘薯組和枸杞組（P<0.05）。水體磷酸鹽濃度在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)總體保持持續(xù)下降的趨勢(shì)，蕹菜組、甘薯組、枸杞組對(duì)水體磷酸鹽的去除率分別達(dá)到67.57%、50.00%、52.70%，蕹菜組對(duì)水體中磷酸鹽的去除率顯著高于其他蔬菜組（P<0.05）。

3 討論

3.1 微生物群落組成分析

門水平上的物種豐度圖顯示，對(duì)照組（CK）的優(yōu)勢(shì)菌群為變形菌門和擬桿菌門，但整體菌群分布不均勻，變形菌門占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。與對(duì)照組（CK）相比，試驗(yàn)組水體的總體菌群分布更為均勻，優(yōu)勢(shì)菌門為變形菌門和放線菌門。變形菌門是一種多功能細(xì)菌，能夠去除氮和磷，降解有機(jī)物和減少化學(xué)需氧量，高比例變形菌門對(duì)于系統(tǒng)脫氮具有重要作用［19-20］；有研究發(fā)現(xiàn)擬桿菌門對(duì)于降解養(yǎng)殖水體中可溶性有機(jī)物具有重要作用［19，21-22］。有研究表明，放線菌門可降解有機(jī)物，包括淀粉、蛋白質(zhì)等大分子，并產(chǎn)生抗生素等抗菌物質(zhì)［23］。該試驗(yàn)養(yǎng)殖池中放線桿菌門的增加有助于產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，甘薯組（IL）的放線菌門豐度明顯高于其他兩組，因此甘薯更有益于蝦菜共生池的穩(wěn)定。試驗(yàn)組的變形菌門豐度有所降低，其原因可能為養(yǎng)殖池中對(duì)蝦排出的氮磷廢物及代謝有機(jī)物殘留，導(dǎo)致原池中對(duì)照組（CK）的變形桿菌較多，但經(jīng)過(guò)蔬菜培養(yǎng)池后，水體中的氮磷和有機(jī)物減少，從而使變形菌門減少。

屬水平上的物種豐度圖顯示，對(duì)照組（CK）中的優(yōu)勢(shì)菌屬為紅桿菌屬和葡萄球菌屬，其他菌屬所占比例較少。與對(duì)照組（CK）相比，試驗(yàn)組的水體菌屬變化差異較大，紅球菌屬和谷氨酸桿菌屬的占比大幅提高，其中枸杞組（LM）總體菌屬分布最為均勻。紅桿菌屬細(xì)菌被認(rèn)定是新型的抗逆防病的益生菌資源和水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物腸道的核心定殖菌群［24］，紅桿菌屬歸于放線菌門（Actinobacteria），有較強(qiáng)抗性，可適應(yīng)高鹽分環(huán)境［25］，同時(shí)，紅桿菌屬是污染物微生物降解的最為關(guān)鍵的類群之一［26］。甘薯組（IL）和枸杞組（LM）的優(yōu)勢(shì)菌屬均為紅球菌屬（分別占38.17%和19.57%）。紅球菌是一類革蘭氏陽(yáng)性菌，屬放線菌門（Actinobacteria），可分解代謝多種芳香族化合物［27-28］。紅球菌屬被認(rèn)為是有前途的持久性污染物生物降解劑［29］，且可以產(chǎn)生大量的水解酶和氧化酶，從而充分利用環(huán)境污染物中的碳源進(jìn)行生物降解［30-31］，紅球菌屬還可以對(duì)部分水生細(xì)菌病原體表現(xiàn)出顯著的抑制活性［32］。因此，在蝦菜共生系統(tǒng)的養(yǎng)殖過(guò)程中，紅球菌屬在處理污染物以及對(duì)抗病原菌方面具有重要的作用，而甘薯和枸杞對(duì)維持水環(huán)境穩(wěn)定有明顯的效果。與對(duì)照組（CK）相比，試驗(yàn)組中紅桿菌屬明顯減少，是由于在蝦菜共生系統(tǒng)中，對(duì)蝦在養(yǎng)殖過(guò)程中會(huì)排出鹽分等代謝物，但在試驗(yàn)組中，排除了對(duì)蝦因素對(duì)試驗(yàn)干擾，故不會(huì)排出這些代謝物，從而導(dǎo)致紅桿菌屬相對(duì)減少。

3.2 水質(zhì)條件與微生物多樣性的關(guān)系

FAPROTAX生態(tài)功能預(yù)測(cè)圖及水質(zhì)結(jié)果顯示，蕹菜組（IF）的微生物組成對(duì)硝酸鹽、亞硝酸鹽的反硝化作用及氮的吸收豐度較高，且對(duì)硝酸鹽和磷酸鹽的去除率達(dá)65.70%和67.57%。大量的研究表明，蕹菜對(duì)魚(yú)池、蝦池的氮有較好的凈化效果［33-34］，是對(duì)重污染河道凈化處理的優(yōu)良生物材料之一［35］。蕹菜的生長(zhǎng)有利于凈化水質(zhì)，消除富營(yíng)養(yǎng)化［12］。蕹菜因其具有生長(zhǎng)快、繁殖力強(qiáng)、對(duì)水體中氮磷去除效果好等優(yōu)點(diǎn)［36-37］，已被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)物的去除效果研究。蕹菜對(duì)水質(zhì)影響的研究頗多，相較于枸杞和甘薯的研究甚少，枸杞在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中占有重要地位，在中國(guó)作為食物和草藥已有幾千年的歷史［38-39］。枸杞是一種極具藥用價(jià)值的蔬菜且對(duì)磷酸鹽吸收較好，是蝦菜共生池的模式下一種極具潛力的蔬菜品種。

Upset圖、多樣性指數(shù)結(jié)果顯示，枸杞組（LM）OUT數(shù)目最多且Shannon-Wiener指數(shù)最高，明顯高于其他試驗(yàn)組；但蕹菜組（IF）特有OTU數(shù)目最高（269種），枸杞組（LM）次之（234種）?，F(xiàn)有研究表明，種植基質(zhì)中微生物組成多樣性越高、群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，單一細(xì)菌與真菌菌群對(duì)植物生長(zhǎng)甚至產(chǎn)生抑制作用［40］。微生物的豐度和多樣性隨水體營(yíng)養(yǎng)水平的變化而變化［41］，并能顯著影響微生物群落功能［42］。在蝦菜共生池中配不同面積的不同蔬菜不僅可對(duì)氮、磷等含量起到有效控制，也可以對(duì)微生物多樣性起到促進(jìn)作用，蔬菜的富集對(duì)消除水體富營(yíng)養(yǎng)化有重要意義。根據(jù)水質(zhì)及多樣性情況，推測(cè)蕹菜對(duì)硝酸鹽、磷酸鹽去除效果好與其特有OTU數(shù)目有關(guān)。

4 結(jié)論

該研究基于Illumina高通量測(cè)序技術(shù)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)養(yǎng)殖水體的細(xì)菌16S rDNA基因序列的測(cè)定，探討了不同水培蔬菜的微生物組成及其多樣性，并對(duì)其功能分析進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明，枸杞組（LM）的OTU數(shù)目、Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)最高，表明枸杞養(yǎng)殖的水體生物多樣性豐富；蕹菜組（IF）對(duì)硝酸鹽、磷酸鹽去除率分別達(dá)65.70%和67.57%，對(duì)水體的凈化效果較好。不同系統(tǒng)水體中門水平上的優(yōu)勢(shì)菌群為變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、Patescibacteria；屬水平優(yōu)勢(shì)菌群為紅球菌屬（Rhodococcus）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）、谷氨酸桿菌屬（Glutamicibacter）。各組間水體的微生物組成差異較大，甘薯和枸杞的組成接近且功能類似，兩者對(duì)水環(huán)境的穩(wěn)定起到更顯著的作用。從水質(zhì)凈化角度來(lái)看，蕹菜對(duì)硝酸鹽、磷酸鹽有更強(qiáng)的凈化能力，是蝦菜共生系統(tǒng)中優(yōu)良的選擇。

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