許 藝, 李 紅, 鞏雪峰, 陳 鑫, 宋占鋒

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所/蔬菜種質(zhì)與品種創(chuàng)新四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066)

【研究意義】辣椒/玉米套作可以提高作物水、肥、光資源利用效率，促進(jìn)作物氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收，增加土壤微生物數(shù)量和酶活性，提高作物單位面積產(chǎn)量，減少作物病蟲害發(fā)生，是一種很有價(jià)值的栽培模式[1-6]。目前關(guān)于此模式的研究還大量集中在栽培技術(shù)、光能利用、病蟲害防控等宏觀層面[4-7]，相關(guān)生理生態(tài)基礎(chǔ)理論研究還較薄弱，如土壤微生物多樣性及群落組成結(jié)構(gòu)研究還較少且分析方法較傳統(tǒng)。土壤細(xì)菌是土壤微生物的重要組成成分，在土壤有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與吸收、營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)等過程中起著重要作用，與土壤健康及作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)息息相關(guān)[8-9]。研究辣椒/玉米套作模式下辣椒根際土壤細(xì)菌多樣性及群落組成結(jié)構(gòu)，對(duì)進(jìn)一步大力推廣辣椒/玉米套作模式，并利用好土壤細(xì)菌具有重要指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】徐強(qiáng)等[1-3]研究了線辣椒/玉米套作對(duì)線辣椒根際和非根際土壤微生物、酶活性和土壤養(yǎng)分的影響及其相互關(guān)系，以及間套作玉米對(duì)線辣椒根際土壤微生物生態(tài)特征的影響，主要包括土壤微生物數(shù)量，土壤微生物量碳、氮變化，土壤微生物群落代謝剖面，土壤微生物豐富度以及土壤微生物多樣性指標(biāo)等，研究?jī)?nèi)容豐富全面，但研究方法主要為微生物傳統(tǒng)分析方法——Biolog微平板法，此方法檢測(cè)到的細(xì)菌群落豐度相對(duì)較低，范圍較小，只能區(qū)分環(huán)境微生物總數(shù)中低于10%的微生物種類, 得到的結(jié)果不能完全反映土壤微生物多樣性[10-11]；康林玉等[12]利用Illumina MiSeq 2500 測(cè)序技術(shù)研究了辣椒種植前后土壤細(xì)菌和真菌的豐富度、多樣性指數(shù)以及微生物群落結(jié)構(gòu)變化，研究方法新穎高效，但研究對(duì)象僅為辣椒單一作物?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】高通量測(cè)序技術(shù)靈敏、通量高、錯(cuò)誤率低、成本低，能簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確地獲取土壤微生物信息，真實(shí)地揭示環(huán)境中細(xì)菌群落的多樣性和復(fù)雜性[8,10-12]，已成為研究環(huán)境微生物群落組成和多樣性的主流方法。目前，利用Illumina高通量測(cè)序技術(shù)分析辣椒/玉米套作情況下辣椒根際土壤微生物多樣性的研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)擬利用Illumina高通量測(cè)序技術(shù)，分析辣椒/玉米套種模式下辣椒根際土壤細(xì)菌的多樣性及其群落組成結(jié)構(gòu)，從微生物角度揭示辣椒/玉米套作模式的優(yōu)越性，為此模式的進(jìn)一步大力推廣提供基礎(chǔ)理論依據(jù)；同時(shí)為完善此模式土壤施肥制度、改良土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高栽培技術(shù)手段提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)地點(diǎn)為四川省自貢市榮縣樂德鎮(zhèn)辣椒示范園(104.40°E，29.35°N)，試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理(處理Model和CK)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積100 m2。處理Model：辣椒/玉米套作—辣椒株距0.4 m，行距0.8 m；玉米定植在辣椒廂溝里面，每個(gè)廂溝定植1行，每隔2廂辣椒定植2行玉米。CK：辣椒凈作—辣椒株距0.4 m，行距0.8 m。2個(gè)處理除種植方式不同外，其他農(nóng)事操作均一致。

2019年11月10日，將辣椒置于穴盤育苗，2020年3月13日定植；2020年1月15日，將玉米置于穴盤育苗，2020年2月26日定植。

1.2 土壤采集及處理

在辣椒盛花盛果期(2020年6月10日)進(jìn)行土壤采集處理，處理Model采集土為離套作玉米50 cm的辣椒根際土，CK采集土為辣椒根際土，土層深度20 cm。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)采集3次土壤，然和混合均勻作為1個(gè)樣品，樣品編號(hào)分別為CK-1，CK-2，CK-3，Model-1，Model-2，Model-3。樣品去掉土壤表層后，裝入已滅菌的試管，用冰袋進(jìn)行保鮮帶回實(shí)驗(yàn)室，送羅寧生物科技有限公司進(jìn)行測(cè)序。

1.3 DNA提取及測(cè)序

稱取0.1 g土樣，用特定DNA提取試劑盒提取DNA，再用0.8%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)其完整性，并用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)濃度和純度。以稀釋后的基因組DNA為模板，采用16S rDNA 基因V4區(qū)域引物進(jìn)行擴(kuò)增，引物序列：515F(5’-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3’)和806R(5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’)，擴(kuò)增條件為起始94 ℃ 1 min, 然后30循環(huán)(變性94 ℃ 20 s，退火54 ℃ 30 s，延伸72 ℃ 30 s)，最后72 ℃ 5 min。每個(gè)樣本進(jìn)行3個(gè)PCR技術(shù)重復(fù)，每個(gè)PCR反應(yīng)終止于線性擴(kuò)增期，PCR結(jié)束后將同一樣本的PCR產(chǎn)物與1/6體積的6X loading buffer混合，使用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。取目的條帶用來回收，回收使用QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)，再用Qubit@2.0 Fluorometer(Thermo Scientific)定量，最后等摩爾量混合。使用Illumina公司TruSeq DNA PCR-Free Sample Prep Kit(FC-121-3001/3003)進(jìn)行文庫構(gòu)建，構(gòu)建好的文庫經(jīng)過定量和文庫檢測(cè)合格后，采用Hiseq 2500平臺(tái)PE250模式上機(jī)測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過FLASH8拼接雙端序列，基于Barcode從reads中拆分出各樣品序列，截去Barcode序列得到原始數(shù)據(jù)，然后使用Trimmomatic[13]進(jìn)行質(zhì)控。參考Gold數(shù)據(jù)庫，使用Uchime算法[14]去除嵌合體，得到有效數(shù)據(jù)Clean Reads。基于Usearch軟件，使用UPARSE算法[15]在97%的一致性水平上進(jìn)行OTU聚類，挑選每個(gè)OTU中出現(xiàn)頻數(shù)最高的序列作為OTU的代表序列。使用UCLUST分類法[16]與SILVA數(shù)據(jù)庫(Rlease_123 http://www.arb-silva.de/)[17]進(jìn)行注釋分析。基于OTU豐度表和注釋后的分類信息表，在各個(gè)分類水平對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分析各個(gè)樣本在各個(gè)分類水平上的相對(duì)豐度；從樣本中隨機(jī)抽取一定量的序列，并統(tǒng)計(jì)它們所代表的物種數(shù)目，以抽取的一系列序列數(shù)和相應(yīng)的物種數(shù)構(gòu)建稀釋曲線；使用R語言分析樣本的Alpha-多樣性指數(shù)；使用Python LEfSe包進(jìn)行LEfSe分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稀釋曲線

稀釋曲線(Rarefaction Curve)可間接反映樣本中物種的豐富度，由圖1可知，處理Model與CK的稀釋曲線均隨著序列數(shù)的增加而趨于平緩，說明測(cè)序數(shù)據(jù)合理，能夠比較真實(shí)地反應(yīng)土壤樣品的細(xì)菌群落，但尚有少量細(xì)菌種類未被發(fā)現(xiàn)。

圖1 稀釋曲線

2.2 Alpha多樣性

Alpha多樣性指數(shù)用Chao1、Ace、Shannon和Simpson 4個(gè)指數(shù)表示，其中Chao1和Ace指數(shù)越大，說明物種豐富度越高，即群落中物種數(shù)量越多；Simpson和Shannon指數(shù)越大，說明群落多樣性越高，即個(gè)體分配越均勻。由表1可知，辣椒/玉米套作(處理Model)后，土壤細(xì)菌群落的Chao1、Ace、Shannon指數(shù)均較凈作辣椒(CK)有所增加，增幅為3.07%～7.53%，說明辣椒/玉米套作后，土壤細(xì)菌群落的豐富度和多樣性增加。

表1 不同處理土壤細(xì)菌豐富度和多樣性指數(shù)

2.3 辣椒/玉米套作對(duì)土壤細(xì)菌群落豐度的影響

2.3.1 門水平土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種群 由圖2可知，不同處理土壤細(xì)菌群落在門水平上排名前10的細(xì)菌種類相同，均為變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、綠菌門(Chlorobi)、綠彎菌門(Chloroflexi)、浮霉菌門(Planctomycetes)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)和疣微菌門(Verrucomicrobia)，不同處理土壤樣品前10種細(xì)菌門相對(duì)豐度之和均在細(xì)菌總量的98%以上，其中變形菌門(Proteobacteria)是最大優(yōu)勢(shì)菌門，分別占處理Model和對(duì)照CK土壤細(xì)菌總量的88.75%和89.79%。

圖2 不同處理土壤細(xì)菌在門水平上的相對(duì)豐度統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同處理土壤樣品的主要優(yōu)勢(shì)菌門進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。辣椒/玉米套作后(處理Model)，土壤擬桿菌門相對(duì)豐度明顯降低，降低了30.68%;酸桿菌門、芽單胞菌門、綠菌門、綠彎菌門、浮霉菌門、硝化螺旋菌門、疣微菌門相對(duì)豐度均有所增加，增幅為17.45%～67.82%，其中硝化螺旋菌門增幅為67.82%，芽單胞菌門增幅為51%。

2.3.2 綱水平土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種群 由圖3可知，不同處理土壤細(xì)菌群落在綱水平上排名前10的細(xì)菌種類相同，均為α-變形桿菌綱(Alphaproteobacteria)、丙型變形菌綱(Gammaproteobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)、擬桿菌綱(Bacteroidia)、梭狀芽胞桿菌綱(Clostridia)、酸桿菌綱(Acidobacteria)、芽單胞菌綱(Gemmatimonadetes)、δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)、ε-變形菌綱(Epsilonproteobacteria)和Ignavibacteria。處理Model和對(duì)照CK土壤樣品前10種細(xì)菌綱相對(duì)豐度之和分別占細(xì)菌總量的94.97%和96.19%，其中α-變形桿菌綱是2個(gè)處理的最大優(yōu)勢(shì)菌綱，分別占處理Model和對(duì)照CK土壤細(xì)菌總量的75.49%和66.25%；但2個(gè)處理的次優(yōu)勢(shì)菌綱發(fā)生變化，對(duì)照CK的次優(yōu)勢(shì)菌綱為丙型變形菌綱，占細(xì)菌總量的16.44%；而辣椒/玉米套作后，處理Model的次優(yōu)勢(shì)菌綱變?yōu)棣?變形菌綱，占細(xì)菌總量的8.77%，丙型變形菌綱變?yōu)榈谌齼?yōu)勢(shì)菌綱，占細(xì)菌總量的4.40%。

圖3 不同處理土壤細(xì)菌在綱水平上的相對(duì)豐度統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同處理土壤樣品的主要優(yōu)勢(shì)菌綱進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。辣椒/玉米套作后，土壤丙型變形菌綱和擬桿菌綱相對(duì)豐度明顯降低，分別降低了77.47%和47.67%;β-變形菌綱、酸桿菌綱、芽單胞菌綱相對(duì)豐度明顯增加，增幅分別為38.64%、40.76%、51.00%。

2.3.3 目水平土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種群 由圖4可知，不同處理土壤細(xì)菌群落在目水平上排名前10的細(xì)菌種類相同，均為鞘脂單胞菌目(Sphingomonadales)、腸桿菌目(Enterobacteriales)、伯克氏菌目(Burkholderiales)、擬桿菌目(Bacteroidales)、亞硝化單胞菌目(Nitrosomonadales)、梭菌目(Clostridiales)、黃單胞菌目(Xanthomonadales)、芽單胞菌目(Gemmatimonadales)、根瘤菌目(Rhizobiales)和Subgroup 6。處理Model和對(duì)照CK土壤樣品前10種細(xì)菌目相對(duì)豐度之和分別占細(xì)菌總量的90.57%和92.59%，其中鞘脂單胞菌目是2個(gè)處理的最大優(yōu)勢(shì)菌目，分別占處理Model和對(duì)照CK土壤細(xì)菌總量的74.06%和64.93%；但2個(gè)處理的次優(yōu)勢(shì)菌目發(fā)生變化，對(duì)照CK的次優(yōu)勢(shì)菌目為腸桿菌目，占細(xì)菌總量的14.85%；而辣椒/玉米套作后，處理Model的次優(yōu)勢(shì)菌目變?yōu)椴耸暇?，占?xì)菌總量的6.02%，腸桿菌目變?yōu)榈谌齼?yōu)勢(shì)菌目，占細(xì)菌總量的2.05%。

圖4 不同處理土壤細(xì)菌在目水平上的相對(duì)豐度統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同處理土壤樣品的主要優(yōu)勢(shì)菌目進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。辣椒/玉米套作后，腸桿菌目和擬桿菌目相對(duì)豐度明顯降低，分別降低了86.19%和47.67%;伯克氏菌目、芽單胞菌目和亞硝化單胞菌目相對(duì)豐度明顯增加，增幅分別為40.03%、45.30%和31.38%；其次是黃單胞菌目、鞘脂單胞菌目和Subgroup 6，增幅分別為26.98%、14.07%和13.61%。

2.3.4 科水平土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種群 由圖5可知，不同處理土壤細(xì)菌群落在科水平上排名前10的細(xì)菌種類相同，均為鞘脂單胞菌科(Sphingomonadaceae)、腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)、亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)、芽單胞菌科(Gemmatimonadaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、擬桿菌S24-7 group科(Bacteroidales S24-7 group)、螺桿菌科(Helicobacteraceae)、黃單胞菌科(Xanthomonadaceae)和紫單胞菌科(Porphyromonadaceae)。處理Model和對(duì)照CK土壤樣品前10種細(xì)菌科相對(duì)豐度之和分別占細(xì)菌總量的87.07%和89.19%，其中鞘脂單胞菌科是2個(gè)處理的最大優(yōu)勢(shì)菌科，分別占處理Model和對(duì)照CK土壤細(xì)菌總量的73.75%和64.74%；但2個(gè)處理的次優(yōu)勢(shì)菌科發(fā)生變化，對(duì)照CK的次優(yōu)勢(shì)菌科為腸桿菌科，占細(xì)菌總量的14.85%；而辣椒/玉米套作后，處理Model的次優(yōu)勢(shì)菌科變?yōu)閰裁珕伟?，占?xì)菌總量的5.70%，腸桿菌科變?yōu)榈谌齼?yōu)勢(shì)菌科，占細(xì)菌總量的2.05%。

圖5 不同處理土壤細(xì)菌在科水平上的相對(duì)豐度統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同處理土壤樣品的主要優(yōu)勢(shì)菌科進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。辣椒/玉米套作后，腸桿菌科和擬桿菌S24-7 group科相對(duì)豐度明顯降低，分別降低了86.19%和52.64%；芽單胞菌科、叢毛單胞菌科和亞硝化單胞菌科相對(duì)豐度明顯增加，增幅分別為45.30%、41.61%和31.38%；其次是黃單胞菌科和鞘脂單胞菌科，增幅分別為19.74%和13.92%。

2.3.5 屬水平土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種群 由圖6可知，不同處理土壤細(xì)菌群落在屬水平上排名前10的細(xì)菌種類相同，均為鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、埃希氏桿菌屬—志賀氏菌屬(Escherichia-Shigella)、Ramlibacter、螺桿菌屬(Helicobacter)、亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacterium)、LachnospiraceaeNK4A136group、擬桿菌屬(Bacteroides)、硝化螺菌屬(Nitrospira)和Mucispirillum。處理Model和對(duì)照CK土壤樣品前10種細(xì)菌屬相對(duì)豐度之和分別占細(xì)菌總量的83.83%和86.35%，其中鞘脂單胞菌屬是2個(gè)處理的最大優(yōu)勢(shì)菌屬，分別占處理Model和對(duì)照CK土壤細(xì)菌總量的73.08%和64.69%；但2個(gè)處理的次優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生變化，對(duì)照CK的次優(yōu)勢(shì)菌屬為埃希氏桿菌屬—志賀氏菌屬，占細(xì)菌總量的14.85%；而辣椒/玉米套作后，處理Model的次優(yōu)勢(shì)菌屬變?yōu)镽amlibacter屬，占細(xì)菌總量的5.26%，埃希氏桿菌屬—志賀氏菌屬變?yōu)榈谌齼?yōu)勢(shì)菌屬，占細(xì)菌總量的2.05%。

圖6 不同處理土壤細(xì)菌在屬水平上的相對(duì)豐度統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)不同處理土壤樣品的主要優(yōu)勢(shì)菌屬進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。辣椒/玉米套作后，埃希氏桿菌屬—志賀氏菌屬和擬桿菌屬相對(duì)豐度明顯降低，分別降低了86.19%和53.18%；Ramlibacter屬和硝化螺旋菌屬相對(duì)豐度明顯增加，增幅分別為34.85%和105.82%；其次是鞘脂單胞菌屬，增幅為13.89%。

2.4 差異物種LEfSe分析

LEfSe(LDA Effect Size)分析可以找到重要的、在組間有顯著差異的物種，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括3部分，其中LDA值分布柱狀圖展示每個(gè)組內(nèi)顯著富集的物種及其重要性程度，物種分支進(jìn)化圖展示差異物種及其進(jìn)化關(guān)系。由圖7～8可知，處理Model中具有顯著性差異的細(xì)菌種群共56種，顯著差異物種影響大小(重要性)排名前5的依次是亞硝化單胞菌科、酸桿菌綱Subgroup_4目、亞硝化單胞菌目、硝化螺旋菌門、RB41科；CK中具有顯著性差異的種群共10種，顯著差異物種影響大小(重要性)排名前5的依次是假單胞菌目、不動(dòng)桿菌屬、脫鐵桿菌目、莫拉氏菌科和脫鐵桿菌綱。處理Model中顯著富集并達(dá)到組間顯著性差異的微生物物種明顯多于CK。

圖7 LDA值分布

在處理Model中，富集微生物達(dá)到顯著差異水平且有進(jìn)化關(guān)系的細(xì)菌物種主要有亞硝化單胞菌目、亞硝化單胞菌科；硝化螺旋菌門、硝化螺旋菌綱、硝化螺旋菌目、硝化螺旋菌科、硝化螺旋菌屬；綠菌門、Ignavibacteria綱、Ignavibacteriales目、Ignavibacteriaceae科；豐佑菌綱、豐佑菌目、豐佑菌科、豐佑菌屬。在對(duì)照CK中，微生物達(dá)到顯著差異水平且有進(jìn)化關(guān)系的細(xì)菌物種主要有脫鐵桿菌門、脫鐵桿菌綱、脫鐵桿菌目、脫鐵桿菌科。

圖8 物種分支進(jìn)化圖

3 討 論

土壤細(xì)菌是土壤微生物的重要組成成分，對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)、有機(jī)質(zhì)形成與分解、肥力保持，以及植物養(yǎng)分吸收與生長(zhǎng)發(fā)育等均有重要促進(jìn)作用，其多樣性及群落組成結(jié)構(gòu)受環(huán)境因子、土壤特性、植物種類與不同種植方式等多種因素影響[1,8,18]。套作是植物生產(chǎn)中常見的種植方式，其直接增加了植物群落多樣性，Cartwright和Fierer等[19-20]認(rèn)為土壤微生物多樣性與植物群落多樣性呈正相關(guān)。本試驗(yàn)中，辣椒/玉米套作后土壤細(xì)菌群落的Chao1、Ace、Shannon指數(shù)增加，土壤細(xì)菌群落的豐富度和多樣性增加，與前人研究結(jié)果[1]一致。套作后作物根際土壤細(xì)菌多樣性增加可能是因?yàn)樘鬃饔绊懥送寥罍囟?、濕度等環(huán)境因子，同時(shí)改變了作物生長(zhǎng)的土壤微生態(tài)環(huán)境，如根系分泌物、作物殘?bào)w、根系殘留物等的積累促進(jìn)了土壤微生物活動(dòng)，從而提高了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)多樣性[1-2,12]。徐強(qiáng)等[1]研究表明，線辣椒根際土壤微生物的不同多樣性指數(shù)分別與其生物學(xué)產(chǎn)量之間存在顯著或極顯著正相關(guān)，說明土壤微生物多樣性增加是辣椒/玉米套作后產(chǎn)量增加的重要因素之一。

本試驗(yàn)中，辣椒/玉米套作與辣椒凈作的辣椒根際土壤細(xì)菌群落在門、綱、目、科、屬水平上排名前10的細(xì)菌種類均相同，說明相同作物的土壤細(xì)菌微生物群落具有一定的穩(wěn)定性。其中變形菌門是細(xì)菌域中最大的一門，多為革蘭氏陰性菌，其種類繁多且生態(tài)功能多樣，對(duì)環(huán)境有極強(qiáng)的適應(yīng)性和變異性，其中許多細(xì)菌有固氮作用，可增加土壤中的氮素營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，是多種生態(tài)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)菌種[8-9,21-22]。本試驗(yàn)中辣椒/玉米套作與辣椒凈作的最大優(yōu)勢(shì)菌門也是變形菌門，均占土壤細(xì)菌總量的88%以上。但Heiko等[23]發(fā)現(xiàn)歐洲山毛櫸和挪威云杉根際土壤細(xì)菌類群的最大優(yōu)勢(shì)菌種為酸桿菌；Fierer等[24]也發(fā)現(xiàn)在溫帶森林中酸桿菌是土壤中含量最豐富的細(xì)菌類群；而魏鵬等[25]發(fā)現(xiàn)放線菌門在南緣伊犁絹蒿荒漠、腹地白梭梭荒漠和北緣鹽生假木賊荒漠3種荒漠類型中相對(duì)豐度最高，說明不同生態(tài)系統(tǒng)存在不同的優(yōu)勢(shì)菌種。

硝化作用是硝化細(xì)菌利用二氧化碳為碳源，將銨態(tài)氮氧化為亞硝酸鹽繼而氧化為硝酸鹽，并從中獲取能量的微生物過程。硝化作用的發(fā)生消耗了土壤和外源肥料中的銨態(tài)氮，減少了氨揮發(fā)損失，是土壤氮素循環(huán)的核心和提供植物有效氮的主要過程[26-27]。亞硝化單胞菌和硝化螺旋菌是參與土壤硝化作用的2個(gè)重要菌群[28]。研究[29]表明，在硝化菌中，硝化螺旋菌有較強(qiáng)的代謝活性，對(duì)底物親和力較強(qiáng)，在低濃度氨氮環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。本試驗(yàn)通過差異物種LEfSe分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后，辣椒根際土壤亞硝化單胞菌和硝化螺旋菌顯著提高，說明辣椒/玉米套種后辣椒根際土壤硝化作用更加活躍，氮素循環(huán)增強(qiáng)，進(jìn)而可能有利于辣椒根際土壤氮養(yǎng)分的釋放和有效化，提高作物氮元素的吸收量和利用率。徐強(qiáng)等[30]研究結(jié)果也表明，線辣椒/玉米套作后其氮素吸收量超過了相應(yīng)作物單作時(shí)的吸收量，也高于單作吸收量按套作比例加權(quán)的平均吸收量，表現(xiàn)出氮素吸收套作優(yōu)勢(shì)。但本研究?jī)H分析了作物根際微生物情況、微生物群落結(jié)構(gòu)變化與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性，、以及植物營(yíng)養(yǎng)元素吸收利用機(jī)理等還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

辣椒/玉米套作后，辣椒根際土壤細(xì)菌群落的Chao1、Ace、Shannon指數(shù)增加，豐富度和多樣性增加；通過土壤細(xì)菌群落豐度分析發(fā)現(xiàn)，2個(gè)處理在門、綱、目、科、屬水平上排名前10的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌種類相同，最大優(yōu)勢(shì)菌種分別為變形菌門、α-變形桿菌綱、鞘脂單胞菌目、鞘脂單胞菌科和鞘脂單胞菌屬，但各細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化，導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；通過差異物種LEfSe分析發(fā)現(xiàn)，辣椒/玉米套作后，辣椒根際土壤細(xì)菌富集并達(dá)到組間顯著性差異的微生物種類有56種，較辣椒凈作明顯增加，其中亞硝化單胞菌科(從目到科)、硝化螺旋菌屬(從門到屬)、Ignavibacteriaceae(從門到科)、豐佑菌屬(從綱到屬)顯著增加，脫鐵桿菌科(從門到科)顯著減少。