張東艷，王軍，楊水平，張雪，劉京，趙建，何大敏，楊紅軍，莫靜靜，茍劍渝,趙新梅，蔣衛(wèi)，丁偉，陳大霞

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玄參與煙草間作對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

張東艷1，2，王軍2，楊水平1*，張雪3*，劉京2，趙建2，何大敏1，楊紅軍1，莫靜靜2，茍劍渝2,趙新梅1，蔣衛(wèi)2，丁偉1，陳大霞3

(1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400715；2.貴州省煙草公司遵義市公司，貴州 遵義563000；3.重慶市中藥研究院，重慶400065)

為研究玄參與煙草不同種植模式下對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，采用Illumina MiSeq技術(shù)測(cè)定土壤細(xì)菌，結(jié)果表明，玄參土壤細(xì)菌的豐富度和多樣性高于植煙土壤，但未達(dá)顯著水平，間作有降低植煙土壤細(xì)菌豐富度和多樣性而提高玄參土壤細(xì)菌多樣性的趨勢(shì)。作物和種植模式在門和屬水平上都影響著細(xì)菌豐度及優(yōu)勢(shì)菌排序，門水平上，植煙土壤中 Saccharibacteria顯著高于玄參土壤，Gemmatimonadetes在玄參土壤中顯著高于植煙土壤，Bacteroidetes在不同種植模式間差異顯著；屬水平上unclassified Xanthomonadaceae,norank Saccharibacteria,uncultured Gaiellales,norank SC-I-84等植煙土壤中顯著高于玄參土壤，norank GR-WP33-30,norank JG30a-KF-32,Gemmatimonas,Candidatus_Solibacter,uncultured Nitrosomonadaceae,norank C0119,norank Subgroup_6,norank DA101_soil_group、norank BIrii41,Anaeromyxobacter,unclassified Xanthomonadales,uncultured Methylophilaceae,norank JG37-AG-20等玄參土壤中顯著高于植煙土壤，而幾乎沒有菌屬受種植模式影響達(dá)顯著水平。主成分分析也表明作物較種植模式影響更大。因此，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)均受作物和種植模式影響，但作物影響更大，存在明顯作物效應(yīng)；間作土壤因作物而具有微生物群落二元結(jié)構(gòu)。

煙草；玄參；間作；高通量測(cè)序；細(xì)菌

土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，參與了土壤有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的過程[1]，是土壤養(yǎng)分和質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[2]。細(xì)菌作為土壤微生物中重要的組成部分，其群落結(jié)構(gòu)關(guān)系到土壤的可持續(xù)利用和抗壓力[3-4]。不同栽培方式和作物對(duì)土壤微生物群落均會(huì)產(chǎn)生不同的影響[5]。馬琨等[6-7]研究表明馬鈴薯(Solanumtuberosum)連作使土壤類型由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化，與玉米(Zeamays)、蠶豆(Viciafaba)間作分別顯著影響了微生物群落功能多樣性、結(jié)構(gòu)多樣性。王文鵬等[8]通過探討玉米不同種植方式下土壤微生物群落功能多樣性的差異，得出種植模式影響玉米4個(gè)時(shí)期的主要土壤微生物類群，連作降低土壤微生物物種多樣性，引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的失調(diào)。不同作物對(duì)根區(qū)土壤微生物群落也具有較大影響，如豆科植物對(duì)根瘤菌具有誘導(dǎo)作用[9]，不同品種的馬鈴薯之間根際微生物群落差異很大[10]，不同基因型的苜蓿(Medicagosativa)之間根系細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著[11]。

中草藥[12-13]和煙草(Nicotianatabacum)[14-16]都是重要經(jīng)濟(jì)作物，但煙草和多數(shù)中草藥存在嚴(yán)重的連作障礙，輪、間作是消減連作障礙的有效措施[17-19]。川明參(Chuanminshenviolaceum)與煙草進(jìn)行輪作表明，川明參能改善煙地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[20]。玄參(Scrophularianingpoensis)為玄參科草本植物，具有清熱涼血，滋陰降火，解毒散結(jié)的藥用價(jià)值，對(duì)煙草幼苗有一定的化感增益效應(yīng)[21]，且在茬口上能夠與煙草間作，但關(guān)于玄參與煙草間作及間作土壤微生物群落結(jié)構(gòu)未有報(bào)道。本文利用Illumina MiSeq高通量測(cè)序技術(shù)，研究玄參與煙草間作土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，以期為玄參與煙草合理種植提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在貴州省遵義市遵義縣八里村，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫14.7 ℃，年均降水量1200 mm。土壤類型為黃壤，pH 5.3，土壤肥力：有機(jī)質(zhì)32.20 g/kg，全氮1.47 g/kg，堿解氮139.58 mg/kg，全磷1.82 g/kg，有效磷含量10.22 mg/kg，全鉀27.00 g/kg，速效鉀87.47 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取土壤條件均勻一致且前作均為玉米的地塊，按照5 m×12 m劃分12小區(qū)，每小區(qū)60 m2，按寬1.2 m起壟，共起10壟。設(shè)置窄行間作、寬行間作、單作3種植模式，3個(gè)重復(fù)，即：1)窄行間作——半壟玄參(2行，行距30 cm)+半壟煙草(1行，行距60 cm)；2)寬行間作——1壟玄參(4行，行距30 cm)+1壟煙草(2行，行距60 cm)；3)單作，分煙草單作(每壟2行)和玄參單作(每壟4行)，煙窩距50 cm，玄參窩距40 cm。玄參于 2016年1月5日移栽子芽，煙草于2016年1月5日育苗，2016年4月25日移栽，田間管理按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。

1.3 土樣采集與分析

2016年9月2日于煙草采收末期，分別采集3種種植模式對(duì)應(yīng)煙草和玄參土壤樣品，煙草土樣編號(hào)A，玄參B，構(gòu)成作物和種植模式兩因素6處理方案，6個(gè)處理分別：1A，1B，2A，2B，3A，3B。距作物主莖7～15 cm范圍，按混合采樣法采0～20 cm土層的土壤，每個(gè)土樣由10個(gè)采樣點(diǎn)的土壤混合，去除土樣中的動(dòng)植物殘?bào)w等雜質(zhì)，混合均勻后采用四分法取適量，迅速干冰冷凍處理，送到上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司對(duì)細(xì)菌16S rDNA基因測(cè)序，擴(kuò)增引物采用338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

首先對(duì)有效序列進(jìn)行去雜、修剪、去除嵌合體序列等過濾處理，得到優(yōu)化序列，通過聚類分析形成分類單元(Operational Taxonomic Units，OTUs)，然后對(duì)在97%相似水平下的OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計(jì)分析。利用土壤細(xì)菌種類數(shù)(OTUs)和16S rDNA序列數(shù)(Reads)計(jì)算土壤細(xì)菌的Alpha多樣性，菌群豐度指數(shù)：Ace、Chao[22]，菌群多樣性指數(shù)：Shannon、Simpson[23]，覆蓋度指數(shù)：Coverage。軟件平臺(tái)mothur(version v.1.30.1)用于指數(shù)分析。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析是將優(yōu)化序列根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的參考序列某一分類水平上進(jìn)行鑒定。細(xì)菌豐度為某種細(xì)菌的16S rDNA序列數(shù)占細(xì)菌16S rDNA總序列數(shù)的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性分析

通過對(duì)細(xì)菌16S rDNA的V3～V4區(qū)進(jìn)行測(cè)序,6個(gè)處理分別得到25976～39100條序列。將序列抽平至25976條后，在97%的相似水平下，對(duì)所有序列進(jìn)行OTU劃分，然后計(jì)算菌群多樣性(表1)。抽平后各樣品測(cè)序覆蓋率均在0.99以上，說明樣品中序列未被測(cè)到的概率較低，測(cè)序量足以覆蓋樣品菌群組成[24]。細(xì)菌群落豐度指數(shù)Ace和Chao，其值越高表明群落物種的豐富度越高；Shannon和Simpson是對(duì)菌群多樣性進(jìn)行的評(píng)估，Shannon值越大，表明群落多樣性越高，Simpson值越大，說明群落多樣性越低。各處理的微生物豐富度和多樣性指數(shù)雖無顯著差異，但植煙土壤(1A、2A、3A)所含OTU(739、737、849)分別少于對(duì)應(yīng)玄參土壤(1B，2B，3B)所含OTU(936、967、921)，且Ace、Chao、Shannon值小于玄參土壤，Simpson值大于玄參土壤，由此說明玄參土壤微生物的豐富度和多樣性高于植煙土壤。植煙土壤1A、2A、3A中，3A(單作煙)的OTU、Ace、Chao值均略大于1A、2A(1A，2A差別不大)，而Shannon：3A>1A，Simpson值：3A<1A，2A和3A這兩值差別不大，則說明了單作煙的微生物豐富度和多樣性大于窄行間作煙1A，而寬行間作煙2A豐富度低而多樣性高。玄參土壤1B，2B，3B中，豐富度指數(shù)相差不大，而多樣性指數(shù)Shannon：1B>2B>3B，Simpson：1B<2B<3B，則說明間作對(duì)玄參土壤微生物豐富度影響不大，但略提高了多樣性?？偟膩砜?，玄參土壤的微生物豐富度和多樣性高于植煙土壤但不顯著；間作略降低了植煙土壤微生物豐富度和多樣性，增加了玄參土壤微生物多樣性，也未達(dá)顯著水平。

2.2 土壤細(xì)菌門水平群落結(jié)構(gòu)分析

各處理在門水平的分布如圖1。Proteobacteria(變形菌門)、Chloroflexi(綠彎菌門)、Actinobacteria(放線菌門)、Acidobacteria(酸桿菌門)、Firmicutes(厚壁菌門)、Saccharibacteria、Bacteroidetes(擬桿菌門)、Gemmatimonadetes(芽單胞菌門)、Planctomycetes(浮霉菌門)、unclassified-Bacteria、Verrucomicrobia(疣微菌門)、Cyanobacteria(藍(lán)藻門)均為6處理的相對(duì)豐度較大的門類，其相對(duì)豐度之和均達(dá)97%以上。其中，不同作物間(煙和玄參)Saccharibacteria和Gemmatimonadetes這兩個(gè)門類差異顯著(P<0.05)，Saccharibacteria在植煙土壤含量(3.62%，1.92%，3.11%)顯著高于玄參土壤含量(0.95%，0.72%，0.67%)；Gemmatimonadetes在植煙土壤含量(1.23%，2.88%，2.96%)顯著低于玄參土壤含量(3.98%，4.64%，4.50%)；其他門類豐度差異雖不顯著，但仍發(fā)生了改變，如植煙土壤(1A，2A，3A)中的Actinobacteria和Firmicutes豐度高于對(duì)應(yīng)的玄參土壤(1B，2B，3B)，而Acidobacteria、Planctomycetes和Verrucomicrobia則低于對(duì)應(yīng)的玄參土壤。

表1 不同處理土壤細(xì)菌豐富度和多樣性Table 1 Richness and diversity index of bacteria in different treatments

注：0.97指OTU相似水平。
Note：0.97 refers to the similar level of OTU.

圖1 土壤細(xì)菌門水平分布Fig.1 Phylum distribution of bacteria in soil

不同種植模式間Bacteroidetes差異顯著(P<0.05)，寬行間作(2A 4.94%，2B 4.75%)顯著高于窄行間作(1A 3.41%，1B 3.92%)高于單作(3A 2.96%，3B 2.66%)。在3種種植模式的植煙土壤中，與單作煙(3A)相比，窄行間作煙(1A)的前5優(yōu)勢(shì)門順序與3A相同，但在豐度上，1A的前2優(yōu)勢(shì)門Proteobacteria、Chloroflexi分別比3A增加5.42%、3.24%，后3優(yōu)勢(shì)門Actinobacteria、Acidobacteria、Firmicutes分別比3A減少1.97%、1.17%、3.43%；而寬行間作煙(2A)的優(yōu)勢(shì)門順序與3A不同，前3優(yōu)勢(shì)門分別為Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes，比3A增加7.48%、6.53%、0.76%，而Chloroflexi和Acidobacteria比3A降低9.40%、5.01%。在3種種植模式的玄參土壤中，與單作玄參(3B)相比，窄行間作玄參(1B)的前3優(yōu)勢(shì)門Proteobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria與3B一致，含量上分別增加2.61%、減少5.26%、增加3.62%，Actinobacteria和Firmicutes的豐度均減少；寬行間作玄參(2B)的第2、3優(yōu)勢(shì)門Acidobacteria、Chloroflexi與3B相反，分別增加10.53%、降低9.45%。

2.3 土壤細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)分析

各處理(1A、1B、2A、2B、3A、3B)分別檢測(cè)出237、286、234、284、265、282屬，玄參土壤屬數(shù)量多于植煙土壤。

(1)優(yōu)勢(shì)屬

按豐度列出各處理前20優(yōu)勢(shì)屬，見表2，各處理優(yōu)勢(shì)屬及豐度因作物和種植模式不同而有較大變化。共37屬進(jìn)入前20優(yōu)勢(shì)屬，其中，有norank JG30-KF-AS9、Bacillus、uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1、Lactococcus、Sphingomonas5屬同時(shí)出現(xiàn)在各處理中，有7屬僅出現(xiàn)在某單一處理中，即norank TK10、unclassified Rhodospirillales、Sorangium3屬僅出現(xiàn)在1A中，unclassified Bacteria僅出現(xiàn)在2A中，Pseudolabrys、Reyranella2屬僅出現(xiàn)在3A中，unclassified Gemmatimonadaceae僅出現(xiàn)在3B中。

表2 各處理前20優(yōu)勢(shì)屬及豐度Table 2 The top 20 dominant genus and abundance in different treatments

續(xù)表2 Continued Table 2

注：*,norank JG30-KF-AS9等不是真正意義上的屬而是暫未分類的群，為便于分析，暫作屬處理；其余以“norank”，“unclassified”冠名者同此。下同。
Note:*,norank JG30-KF-AS9 is temporary unclassified group,not really genus.For convenience of analysis,this paper regards it as genus.The rest of the “norank” and “unclassified” are also like this.The same below.

同一種植模式下的作物間的比較，窄行間作中，1A與1B共有7屬，norank JG30-KF-AS9為1A的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬占到13.5%，而在1B中僅有3.61%，Acidibacter和uncultured Thermosporotrichaceae分別為第二、三優(yōu)勢(shì)屬，卻沒出現(xiàn)在1B的前20屬中；1B的第一優(yōu)勢(shì)屬uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1豐度為6.79%，而在1A中僅有2.87%，同樣的作為第二、三優(yōu)勢(shì)屬的uncultured Nitrosomonadaceae和uncultured Anaerolineaceae也沒出現(xiàn)在1A的前20屬中。寬行間作中，2A與2B共有11屬，2A的前三優(yōu)勢(shì)屬分別為Bacillus、Acidothermus、norank JG30-KF-AS9，雖都存在于2B的前20屬，但豐度發(fā)生變化，變化較大的為Acidothermus，在2A中豐度為5.43%，而在2B中僅為1.59%；2B的前三優(yōu)勢(shì)屬分別為uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1、Bacillus、norank OPB35_soil_group，uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1的豐度為9.76%，而在2A中僅占1.74%，第三優(yōu)勢(shì)屬norank OPB35_soil_group未出現(xiàn)在2A的前20屬中。單作中，3A與3B共有11屬，3A的前三優(yōu)勢(shì)屬norank JG30-KF-AS9、Bacillus、uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1分別位居3B的第二、三、四屬，3B的第一優(yōu)勢(shì)屬為unclassified Ktedonobacterales占6.43%未出現(xiàn)在3A的前20屬中。

植煙土壤的3種種植模式相比較，與單作3A相比，1A中有14屬與3A相同，但豐度發(fā)生變化。1A和3A的第一優(yōu)勢(shì)屬均為norank JG30-KF-AS9，但在1A中增加4.68%；3A的第二、三、四優(yōu)勢(shì)屬Bacillus、uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1、Sphingomonas在1A中分別減少1.71%、2.60%、3.12%；Acidibacter和Mizugakiibacter均未在3A的前20屬，但在1A中豐度分別增至5.62%、4.68%。2A中有13屬與3A相同，norank JG30-KF-AS9減少4.90%成為2A的第三優(yōu)勢(shì)屬；Bacillus、Acidothermus分別增加0.69%、2.03%成為2A的第一、二優(yōu)勢(shì)屬。在玄參的前20屬中，與3B相比，1B中有17屬與3B相同，其中3B的第一優(yōu)勢(shì)屬unclassified Ktedonobacterales在1B中下降到1.49%，成為第20屬；3B的第二、三優(yōu)勢(shì)屬norank G30a-KF-32、Bacillus在1B中分別減少2.63%、2.07%；而uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1、uncultured Nitrosomonadaceae在1B中分別增加1.54%、0.8%成為第一、二優(yōu)勢(shì)屬；uncultured Anaerolineaceae沒有出現(xiàn)在3B的前20屬，卻在1B中增加為第三優(yōu)勢(shì)屬，豐度為4.07%。2B中有16屬與3B相同，3B的前三屬在2B中也是呈下降趨勢(shì)，但下降幅度比1B小，其中Bacillus豐度雖降低，但優(yōu)勢(shì)順序反而上升為2B的第二優(yōu)勢(shì)屬；2B的第一優(yōu)勢(shì)屬也為uncultured Acidobacteriaceae_Subgroup_1，但豐度比1B中高，達(dá)9.76%；norank OPB35_soil_group在3B中豐度為1.87%，在2B中增至5.03%成為第三優(yōu)勢(shì)屬。

(2)作物比較效應(yīng)

通過對(duì)土壤細(xì)菌序列數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)，存在一些細(xì)菌，在3種種植模式下都表現(xiàn)出隨作物一致性變化，或者植煙土壤一致性高于玄參土壤，或者玄參土壤一致性高于植煙土壤。表3列出兩種作物平均相差超2倍的細(xì)菌屬，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明，這些屬在作物間存在較高的差異顯著性，而種植模式間差異都不顯著。其中，Acidobacterium

表3 煙、玄參土壤部分細(xì)菌序列數(shù)的比較Table 3 Comparison of some bacteria sequences between the tobacco soil and Scrophularia ningpoensis soil

在3種種植模式下植煙土壤分別是玄參土壤294、4.22、90倍，總體相差129.4倍；Mizugakiibacter在植煙土壤分別是玄參土壤152、55.4、37.5倍，平均81.7倍；uncultured Thermosporotrichaceae、Actinospica、unclassified Xanthomonadaceae，3種模式下植煙土壤也分別遠(yuǎn)高于玄參土壤，總體平均相差5～10倍；Acidibacter等其余10屬也呈同樣的變化規(guī)律。相反地，norank JG37-AG-20等21屬則表現(xiàn)出玄參土壤一致性遠(yuǎn)高于植煙土壤的規(guī)律，尤其norank JG37-AG-20、uncultured Methylophilaceae、unclassified Xanthomonadales、uncultured Anaerolineaceae、Anaeromyxobacter、norank BIrii41，兩作物間總體平均相差分別達(dá)10倍以上，norank DA101_soil_group、norank Subgroup_6、uncultured Cytophagaceae、Candidatus_Koribacter、norank C0119相差也達(dá)5～10倍。

2.4 土壤細(xì)菌群落組成主成分分析

圖2 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主成分分析Fig.2 Principal component analysis of bacterial community structure

不同處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主成分變異情況如圖2。PC1和PC2表示不同群落間58.73%和17.17%的變異度。在PC1維度上，植煙土壤(1A、2A、3A)與玄參土壤(1B、2B、3B)分別被聚在一起，分布于縱軸兩側(cè)，煙、參土壤間差異顯著。其中，玄參3種種植模式離散度小，而煙草中窄行間作(1A)偏離于另外兩種種植模式。在PC2維度上，各點(diǎn)分布差異不顯著，雖然如此，但仍顯示出一定趨向性，即各處理間按種植模式而聚集，窄行間作(1A、1B)和單作(3A、3B)分別被聚在一起，寬行間作(2A、2B)則例外；3種模式間玄參離散度小而煙草離散度大。總的看來，作物對(duì)土壤微生物影響大達(dá)顯著水平，而種植模式存在一定影響但未達(dá)到顯著。

3 討論

微生物是反映土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標(biāo)，其種群數(shù)量及群落多樣性受土壤耕作措施和土壤環(huán)境的影響[25-26]。本研究中，兩種作物之間，玄參土壤微生物豐富度和多樣性在3種種植模式下一致高于植煙土壤，但都未達(dá)顯著水平。3種種植模式相比，玄參土壤的微生物豐富度差異不明顯，但間作有提高微生物多樣性的趨勢(shì)；對(duì)煙來說，間作有降低微生物豐富度和多樣性的趨勢(shì)。在門水平上，優(yōu)勢(shì)菌順序及豐度隨作物和種植模式而變化，作物對(duì)Saccharibacteria和Gemmatimonadetes影響達(dá)到顯著，而種植模式對(duì)Bacteroidetes影響顯著。屬水平上，優(yōu)勢(shì)菌順序及豐度也隨作物和種植模式而變化，一些菌屬表現(xiàn)出明顯的作物效應(yīng)，煙與玄參比較發(fā)現(xiàn)，它們?cè)?種種植模式下隨作物而一致性變化，煙、玄參間的差異呈現(xiàn)較高顯著性，表現(xiàn)出受作物種類深刻影響，Acidobacterium等菌屬植煙土壤一致性遠(yuǎn)高于玄參土壤，norank JG37-AG-20等更多一些屬玄參土壤一致性遠(yuǎn)高于植煙土壤。而幾乎沒有菌屬受種植模式這樣的明顯影響，作物的影響明顯強(qiáng)于種植模式。主成分分析也表明，作物對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響達(dá)顯著水平，種植模式影響不顯著。

作物不同導(dǎo)致的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異，當(dāng)歸因于根系分泌物的活動(dòng)。根系分泌物對(duì)根際微生物群落結(jié)構(gòu)具有選擇塑造作用，不同植物的根際微生物群落結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特性與代表性[27-29]，從本研究看來，這種選擇塑造作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過根際范圍。植物生長(zhǎng)過程中通過根系向周圍土壤環(huán)境分泌釋放大量的各種有機(jī)物質(zhì)，其數(shù)量通常情況下可達(dá)到植物光合固定碳的20%左右，有時(shí)甚至可高達(dá)30%～40%[30]。作物根系分泌物的種類和數(shù)量受多種因素影響，包括遺傳和環(huán)境因素；特異性根系分泌物具有特殊生理活性，其種類和數(shù)量受遺傳所主導(dǎo)[31]。利用GC-MS檢測(cè)出兩個(gè)烤煙品種K326和NC89不同提取條件下，共有根系分泌物主要成分包括17種有機(jī)酸、2種烷烴、4種酯類，以及硬脂酸酰胺、甘油和煙堿[32]，其中在低分子量有機(jī)酸之一的月桂酸對(duì)植煙土壤的Cyanobacteria(藍(lán)藻門)呈現(xiàn)顯著的特異性影響[33]。另有研究認(rèn)為，月桂酸可能就是茄科植物根系分泌物中的特異性物質(zhì)之一[34]。劉艷霞等[35]檢測(cè)到煙草根系分泌物中酚酸類物質(zhì)主要為苯甲酸和3-苯丙酸，相對(duì)于拮抗菌，這兩種成分更有利于病原菌。根際土壤中的細(xì)菌數(shù)量幾乎是非根際土壤的10～100倍，硝化細(xì)菌又是細(xì)菌里比較活躍的一類功能性細(xì)菌，而李小林等[36]試驗(yàn)表明煙草根際土壤硝化細(xì)菌多樣性小于非根際土壤，作者認(rèn)為是煙草在生長(zhǎng)后期分泌物增加，從而在一定程度上抑制了硝化細(xì)菌生長(zhǎng)。藥用植物含有大量次生代謝產(chǎn)物，如黃酮、蒽醌、生物堿、萜類、酚酸類等，這類小分子物質(zhì)在栽培中很容易釋放到環(huán)境中，進(jìn)而影響土壤環(huán)境的微生物群落結(jié)構(gòu)[37]。慕東艷等[38]對(duì)黑龍江省藥用植物根際土壤真菌多樣性的研究得出，不同種類藥用植物根際土壤真菌的種類組成存在很大差異，且相同種類真菌的數(shù)量也存在較大差異，并認(rèn)為這種差異性是由不同藥用植物根系分泌物的不同所造成的[31]。目前，關(guān)于玄參根系分泌物的研究未有報(bào)道，其根系分泌物與煙草間的對(duì)比，以及它們?nèi)绾斡绊懳⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)，需要更進(jìn)一步的深入研究。

作物合理的間作能提高土壤微生物多樣性[39-40]。本研究中，間作有提高玄參土壤微生物多樣性，降低植煙土壤微生物豐富度和多樣性的趨勢(shì)。主成分分析中，3種種植模式的玄參離散度小，而煙的離散度較大，表明種植模式對(duì)玄參無明顯影響，而對(duì)煙來說則需要選擇更合理的種植模式。因此，在玄參與煙的間作中，還需探索更合理的間作模式，避免煙藥配置的負(fù)效應(yīng)。從間作土壤的整體看，同時(shí)存在玄參土壤和植煙土壤，由于明顯的作物效應(yīng)，因此具有微生物群落的二元結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)因煙、玄參及其種植模式而改變，煙、玄參明顯地影響土壤細(xì)菌多樣性、豐富度，顯著改變細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)，塑造作物效應(yīng)菌群。間作土壤的整體因作物而具有微生物群落二元結(jié)構(gòu)。

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Influence ofScrophularianingpoensis-tobacco intercropping on bacterial community structure in soil

ZHANG Dong-Yan1，2,WANG Jun2,YANG Shui-Ping1*,ZHANG Xue3*,LIU Jing2,ZHAO Jian2,HE Da-Min1,YANG Hong-Jun1,MO Jing-Jing2,GOU Jian-Yu2,ZHAO Xin-Mei1,JIANG Wei2,DING Wei1,CHEN Da-Xia3

1.CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China;2.ZunyiSubsidiaryofGuizhouTobaccoCompany,Zunyi563000,China;3.ChongqingAcademyofChineseMateriaMedica,Chongqing400065，China

To explore the influence ofScrophularianingpoensisand tobacco planting on bacterial community structure in soil under different planting patterns,we used Illumina MiSeq technology to identify bacteria in soil.It was found that the richness and diversity of bacterial species inS.ningpoensissoil tended to be higher than in tobacco soil,but differences were not statistically significant.Crop species and planting pattern both affected the abundance and the order of dominant bacteria.At phylum level,presence of Saccharibacteria in tobacco soil was significantly higher than that inS.ningpoensissoil,whereas presence of Gemmatimonadetes inS.ningpoensissoil was significantly higher than that in tobacco soil.Bacteroidetes occurrence also varied between different planting patterns.At genus level,taxa significantly more common in tobacco soil than inS.ningpoensissoil,included unclassified Xanthomonadaceae,norank Saccharibacteria,uncultured Gaiellales,and norank SC-I-84.Meanwhile,forS.ningpoensissoil,significantly more common taxa (than in tobacco soil) included norank GR-WP33-30,norank JG30a-KF-32,Gemmatimonas,Candidatus_Solibacter,uncultured Nitrosomonadaceae,norank C0119,norank Subgroup_6,norank DA101_soil_group,norank BIrii41,Anaeromyxobacter,unclassified Xanthomonadales,uncultured Methylophilaceae,and norank JG37-AG-20.Planting pattern had almost no effect on genera detected.Principal component analysis also showed that crops had a greater influence than planting patterns.In summary,soil bacteria community structure differed between tobacco andS.ningpoensiscrops,and was also affected to a lesser extent by planting pattern.Hence,in an intercropped field the microbial community displays spatial heterogeneity determined by the crop species.

tobacco;Scrophularianingpoensis;intercropping;high-throughput sequencing;bacteria

10.11686/cyxb2016507 http://cyxb.lzu.edu.cn

張東艷,王軍,楊水平,張雪,劉京,趙建,何大敏,楊紅軍,莫靜靜,茍劍渝,趙新梅,蔣衛(wèi),丁偉,陳大霞.玄參與煙草間作對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響.草業(yè)學(xué)報(bào),2017,26(6):120-130.

ZHANG Dong-Yan,WANG Jun,YANG Shui-Ping,ZHANG Xue,LIU Jing,ZHAO Jian,HE Da-Min,YANG Hong-Jun,MO Jing-Jing,GOU Jian-Yu,ZHAO Xin-Mei,JIANG Wei,DING Wei,CHEN Da-Xia.Influence ofScrophularianingpoensis-tobacco intercropping on bacterial community structure in soil.Acta Prataculturae Sinica,2017,26(6):120-130.

2016-12-30；改回日期：2017-03-14

貴州省煙草公司遵義市公司研究開發(fā)項(xiàng)目(201404)，國家煙草專賣局重點(diǎn)項(xiàng)目(NY20150601070012)，中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(SWU113094)，國家自然科學(xué)基金(31370602)和重慶市科委“科技平臺(tái)與基地建設(shè)”項(xiàng)目(CSTC，2014ptyjd10001)資助。

張東艷(1991-)，女，河南商丘人，在讀碩士。E-mail:1750401841@qq.com

*通信作者Corresponding author.E-mail:yang-sp@163.com