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基于MiSeq测序分析酸性农作物土壤细菌群落结构与多样性.pdf

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基于MiSeq测序分析酸性农作物土壤细菌群落结构与多样性.pdf

第 3 2 卷 第 9 期 2 0 1 9 年 9 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 9 S e p . ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 8  ̄ 0 3  ̄ 2 6 修 订 日 期 2 0 1 9  ̄ 0 1  ̄ 1 8 作 者 简 介 王 怡 1 9 9 5  ̄ ꎬ 女 ꎬ 湖 北 武 汉 人 ꎬ 5 4 2 3 4 3 2 6 9 @ q q . c o m . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 何 冬 兰 1 9 6 4  ̄ ꎬ 女 ꎬ 湖 北 武 汉 人 ꎬ 教 授 ꎬ 硕 士 ꎬ 主 要 从 事 微 生 物 资 源 的 开 发 与 利 用 研 究 ꎬ h d l @ m a i l . s c u e c . e d u . c n 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 N o . 3 1 0 7 0 0 8 7 S u p p o r t e d b y N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a N o . 3 1 0 7 0 0 8 7 基 于 M i S e q 测 序 分 析 酸 性 农 作 物 土 壤 细 菌 群 落 结 构 与 多 样 性 王 怡 ꎬ 常 彬 河 ꎬ 刘 月 ꎬ 梁 建 军 ꎬ 薛 芷 筠 ꎬ 张 泽 文 ꎬ 何 冬 兰 ∗ 中 南 民 族 大 学 ꎬ 湖 北 省 微 生 物 资 源 与 利 用 工 程 技 术 研 究 中 心 ꎬ 湖 北 武 汉 4 3 0 0 7 4 摘 要 为 分 析 酸 性 农 田 土 壤 中 微 生 物 群 落 结 构 ꎬ 探 寻 酸 化 土 壤 的 综 合 治 理 途 径 ꎬ 以 湖 北 恩 施 土 家 族 苗 族 自 治 州 利 川 市 酸 性 农 作 物 土 壤 为 研 究 对 象 ꎬ 应 用 I l l u m i n a M i S e q 高 通 量 测 序 技 术 ꎬ 测 定 酸 性 土 壤 中 总 细 菌 和 经 驯 化 的 可 培 养 细 菌 的 1 6 S r R N A 基 因 V 3 V 4 变 异 区 序 列 ꎬ 确 定 不 同 农 作 物 土 壤 中 总 细 菌 和 可 培 养 细 菌 的 群 落 结 构 ꎬ 并 探 讨 土 壤 理 化 因 子 对 土 壤 总 细 菌 群 落 结 构 的 影 响 . 结 果 表 明 白 菜 地 、 烟 草 地 、 山 药 地 、 草 莓 地 、 玉 米 地 及 莴 苣 地 这 6 种 农 作 物 土 壤 中 总 细 菌 和 可 培 养 细 菌 在 9 7 % 的 相 似 水 平 下 得 到 的 O T U s o p e r a t i o n a l t a x o n o m i c u n i t s ꎬ 操 作 分 类 单 元 数 量 分 别 为 4 0 0 8 和 9 7 个 . 在 门 水 平 上 ꎬ 土 壤 总 细 菌 中 有 1 2 个 门 类 的 细 菌 相 对 丰 度 大 于 1 % ꎬ P r o t e o b a c t e r i a 、 A c i d o b a c t e r i a 和 C h l o r o f l e x i 为 优 势 菌 门 细 菌 ꎻ 可 培 养 细 菌 中 仅 有 3 个 门 类 细 菌 相 对 丰 度 高 于 1 % ꎬ 即 F i r m i c u t e s 、 P r o t e o b a c t e r i a 和 B a c t e r o i d e t e s . 在 O T U 水 平 上 ꎬ 土 壤 总 细 菌 沿 p H 梯 度 将 6 种 土 壤 样 品 分 为 2 类 ꎬ 即 p H 5 􀆰 5 的 烟 草 地 、 白 菜 地 和 草 莓 地 . 此 外 ꎬ 冗 余 分 析 R D A 结 果 显 示 ꎬ A c i d o b a c t e r i a 的 相 对 丰 度 与 p H 呈 正 相 关 ꎬ F i r m i c u t e s 和 R o t e o b a c t e r 的 相 对 丰 度 均 与 w T N 、 w T P 、 w T C 呈 正 相 关 . 系 统 进 化 树 分 析 表 明 ꎬ 相 对 丰 度 位 于 前 3 0 位 的 细 菌 与 亚 洲 地 区 发 现 细 菌 的 1 6 S r R N A 基 因 序 列 同 源 性 较 高 . 研 究 显 示 ꎬ I l l u m i n a M i S e q 测 序 能 够 较 为 全 面 地 解 析 酸 性 土 壤 中 总 细 菌 和 可 培 养 细 菌 的 多 样 性 ꎬ 驯 化 过 程 极 大 地 减 少 了 细 菌 的 种 类 ꎻ 同 时 ꎬ 发 现 细 菌 群 落 结 构 的 相 似 性 可 能 因 样 本 来 源 的 地 理 距 离 的 增 加 而 衰 减 . 关 键 词 酸 性 土 壤 ꎻ M i S e q 测 序 ꎻ 理 化 因 子 ꎻ 细 菌 群 落 ꎻ 可 培 养 细 菌 ꎻ 土 壤 总 细 菌 中 图 分 类 号 X 1 7 1 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 0 9  ̄ 1 5 7 5  ̄ 0 9 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 9 􀆰 0 1 􀆰 0 6 A n a l y s i s o f B a c t e r i a l C o m m u n i t y C o m p o s i t i o n a n d D i v e r s i t y i n A c i d S o i l U s i n g M i S e q S e q u e n c i n g W A N G Y i ꎬ C H A N G B i nh e ꎬ L I U Y u e ꎬ L I A N G J i a n j u n ꎬ X U E Z hi j un ꎬ Z H A N G Z e w e n ꎬ H E D o ng l a n ∗ H u b e i E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g i c a l R e s e a r c h C e n t e r f o r M i c r o b i a l R e s o u r c e s a n d U t i l i z a t i o n ꎬ S o u t h  ̄ C e n t r a l U n i v e r s i t y f o r N a t i o n a l i t i e s ꎬ W u h a n 4 3 0 0 7 4 ꎬ C h i n a A b s t r a c t I n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y c o m p o s i t i o n i n a c i d i c f a r m l a n d s o i l a n d e x p l o r e t h e c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t o f a c i d i f i e d s o i l ꎬ a c i d i c s o i l s a m p l e s c o l l e c t e d f r o m L i c h u a n C i t y ꎬ E n s h i T u j i a a n d M i a o A u t o n o m o u s P r e f e c t u r e ꎬ H u b e i P r o v i n c e ꎬ w e r e s e l e c t e d a s r e s e a r c h o b j e c t s ꎬ a n d t h e 1 6 S r R N A g e n e V 3  ̄ V 4 v a r i a b l e r e g i o n o f t o t a l b a c t e r i a a n d c u l t u r a b l e b a c t e r i a i n e a c h s o i l s a m p l e w e r e s e q u e n c e d u s i n g I l l u m i n a s e q u e n c i n g . U s i n g t h i s m e t h o d o l o g y ꎬ t h e e f f e c t s o f s o i l p h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e s o n t h e c o m m u n i t y s t r u c t u r e o f t o t a l b a c t e r i a i n s o i l s w e r e i n v e s t i g a t e d . T h e r e s u l t s d e m o n s t r a t e d t h a t 4 0 0 8 t o t a l b a c t e r i a a n d 9 7 O T U s c u l t u r a b l e b a c t e r i a f r o m C h i n e s e c a b b a g e ꎬ t o b a c c o ꎬ y a m ꎬ s t r a w b e r r y ꎬ m a i z e a n d l e t t u c e a t 9 7 % s i m i l a r l e v e l w e r e f o u n d . A t p h y l u m l e v e l ꎬ 1 2 b a c t e r i a l g r o u p s w h o s e r e l a t i v e a b u n d a n c e w e r e m o r e t h a n 1 % ꎬ w h i l s t P r o t e o b a c t e r i a ꎬ A c i d o b a c t e r i a ꎬ a n d C h l o r o f l e x i w e r e t h e d o m i n a n t p h y l a . T h e r e w e r e o n l y 3 c u l t u r a b l e p h y l a b a c t e r i a w h o s e r e l a t i v e a b u n d a n c e w e r e m o r e t h a n 1 % ꎬ n a m e l y F i r m i c u t e s ꎬ P r o t e o b a c t e r i a a n d B a c t e r o i d e t e s . A t O T U l e v e l ꎬ s o i l t o t a l b a c t e r i a c o u l d b e d i v i d e d i n t o t w o g r o u p s a c r o s s p H g r a d i e n t p H 5 􀆰 5 t o b a c c o ꎬ c a b b a g e a n d s t r a w b e r r y f i e l d s . R D A a n a l y s i s e x h i b i t e d t h a t t h e r e l a t i v e a b u n d a n c e o f A c i d o b a c t e r i a w a s p o s i t i v e l y r e l a t e d t o p H ꎬ w h i l e t h e a b u n d a n c e o f F i r m i c u t e s o r P r o t e o b a c t e r i a w a s p o s i t i v e l y c o r r e l a t e d t o w T N ꎬ w T P ꎬ w T C . T h e p h y l o g e n e t i c t r e e s h o w e d t h a t t h e t o p 3 0 O T U b a c t e r i a h a d h i g h e r h o m o l o g y w i t h t h e 1 6 S r R N A g e n e s e q u e n c e o f t h e b a c t e r i a f o u n d i n A s i a . T h e s e r e s u l t s s h o w e d t h a t I l l u m i n a M i S e q s e q u e n c i n g c a n c o m p r e h e n s i v e l y a n a l y z e t h e d i v e r s i t y o f t o t a l b a c t e r i a a n d c u l t u r a b l e b a c t e r i a i n a c i d i c s o i l s ꎬ 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷 a n d t h a t t h e d o m e s t i c a t i o n p r o c e s s g r e a t l y r e d u c e s t h e s p e c i e s o f b a c t e r i a ꎬ a t t h e s a m e t i m e ꎬ t h e s i m i l a r i t y o f b a c t e r i a l c o m m u n i t y s t r u c t u r e m a y d e c r e a s e w i t h t h e i n c r e a s e o f g e o g r a p h i c d i s t a n c e . K e y w o r d s a c i d s o i l ꎻ M i S e q s e q u e n c i n g ꎻ p h y s i c o c h e m i c a l f a c t o r s ꎻ b a c t e r i a l c o m m u n i t y ꎻ c u l t u r a b l e b a c t e r i a ꎻ s o i l t o t a l b a c t e r i a土 壤 酸 化 是 全 世 界 面 临 的 最 大 的 农 业 环 境 问 题 之 一 [ 1 ] . G U O 等 [ 2 ] 研 究 表 明 ꎬ 我 国 有 90 % 的 农 田 土 壤 发 生 了 不 同 程 度 的 酸 化 现 象 ꎬ 土 壤 pH 平 均 值 下 降 了 0􀆰 13 0 􀆰 8 个 单 位 [ 3 ] . 我 国 南 方 土 壤 酸 化 问 题 更 加 突 出 ꎬ 大 部 分 土 壤 p H 低 于 5 􀆰 5 [ 4 ] . 自 20 世 纪 80 年 代 初 以 来 ꎬ 人 为 活 动 如 酸 性 气 体 排 放 和 氨 氮 化 肥 滥 用 加 快 了 土 壤 酸 化 的 速 度 [ 2 ꎬ 5 ] . 酸 性 土 壤 引 起 土 壤 矿 质 元 素 不 足 和 铝 含 量 偏 高 ꎬ 进 而 影 响 作 物 生 长 [ 6  ̄ 7 ] 和 土 壤 微 生 物 活 动 [ 8 ] . 此 外 ꎬ 耕 作 致 使 土 壤 理 化 性 质 发 生 变 化 ꎬ 从 而 使 微 生 物 群 落 发 生 改 变 [ 9 ] . 土 壤 微 生 物 是 土 壤 的 重 要 组 成 成 分 ꎬ 对 生 物 地 球 化 学 循 环 以 及 对 植 物 生 长 和 气 候 调 节 等 陆 地 生 态 系 统 的 生 态 功 能 起 着 不 可 替 代 的 作 用 [ 1 0 ] . 土 壤 微 生 物 群 落 变 化 在 一 定 程 度 上 可 以 反 映 土 壤 质 量 的 变 化 趋 势 [ 1 1 ] ꎬ 土 壤 p H 等 理 化 因 子 是 影 响 微 生 物 种 类 和 数 量 的 重 要 因 素 [ 8 ꎬ 1 1 ] . 细 菌 是 土 壤 中 含 量 最 丰 富 、 分 布 最 广 泛 的 微 生 物 类 群 ꎬ 其 广 泛 参 与 土 壤 营 养 物 质 的 循 环 过 程 [ 1 2 ] ꎬ 因 而 具 有 巨 大 的 开 发 利 用 价 值 . I l l um i na 公 司 开 发 的 M i S e q 高 通 量 测 序 技 术 避 免 了 通 量 低 、 准 确 率 低 及 操 作 复 杂 等 问 题 [ 1 3 ] ꎬ 较 传 统 的 45 4 焦 磷 酸 测 序 法 更 适 合 分 析 环 境 中 细 菌 群 落 结 构 多 样 性 [ 1 4 ] . 该 研 究 所 用 土 壤 采 集 自 湖 北 恩 施 土 家 族 苗 族 自 治 州 利 川 市 农 作 物 田 间 ꎬ 由 于 土 壤 酸 化 ꎬ 该 地 农 作 物 长 势 不 好 . 有 鉴 于 此 ꎬ 笔 者 拟 探 索 土 壤 酸 化 对 土 壤 细 菌 群 落 结 构 的 影 响 ꎬ 因 而 在 试 验 中 不 考 虑 作 物 的 种 植 类 型 、 轮 作 方 式 、 管 理 历 史 、 施 肥 处 理 和 农 药 施 加 对 土 壤 里 细 菌 群 落 的 影 响 ꎬ 仅 考 虑 不 同 pH 土 壤 中 细 菌 群 落 结 构 与 土 壤 理 化 性 质 的 关 系 . 该 研 究 通 过 I l l um i n a M i Se q 测 序 技 术 分 析 酸 性 土 壤 总 细 菌 和 可 培 养 细 菌 的 群 落 结 构 ꎬ 探 讨 土 壤 理 化 因 子 对 细 菌 群 落 结 构 的 影 响 ꎬ 以 期 为 酸 性 土 壤 的 治 理 和 适 种 作 物 的 选 取 提 供 指 导 ꎬ 同 时 为 从 酸 性 土 壤 中 定 向 筛 选 耐 酸 性 的 可 培 养 细 菌 提 供 数 据 基 础 和 理 论 依 据 . 1 材 料 与 方 法 1􀆰 1 土 样 采 集 与 处 理 所 用 土 壤 于 20 16 年 6 月 采 集 自 湖 北 恩 施 土 家 族 苗 族 自 治 州 利 川 市 29 42 ′ N 、 108 2 1 ′ E 的 白 菜 地 、 烟 草 地 、 山 药 地 、 草 莓 地 、 玉 米 地 以 及 莴 苣 地 . 将 土 样 分 为 两 份 一 份 于 室 内 风 干 ꎬ 分 别 过 1 和 0􀆰 15 m m 的 筛 子 ꎬ 用 于 土 壤 理 化 因 子 分 析 ꎻ 另 一 份 保 存 于 - 80 ℃ 冰 箱 中 ꎬ 用 于 后 续 总 D N A 的 提 取 和 土 壤 理 化 因 子 的 测 定 . 1 􀆰 2 土 壤 理 化 性 质 的 测 定 土 壤 pH 采 用 pH 计 测 定 ꎬ 调 节 水 土 比 V ∶ m 分 别 为 2􀆰 5 ∶ 1 和 5 ∶ 1 . 土 壤 中 w T C 采 用 重 铬 酸 钾 容 量 法  ̄ 外 加 热 法 测 定 ꎻ w T N 采 用 半 微 量 凯 氏 法 测 定 ꎻ w T P 采 用 碱 熔  ̄ 钼 锑 抗 分 光 光 度 法 测 定 ꎻ w T A l 采 用 电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 法 测 定 ꎻ w T C a 采 用 氢 氟 酸  ̄ 高 氯 酸 消 解 法 测 定 [ 1 5 ] . 1 􀆰 3 总 D N A 的 提 取 与 16 S r R N A 基 因 的 扩 增 称 取 5 g 土 壤 样 品 ꎬ 分 别 加 入 300 m L 牛 肉 膏 蛋 白 胨 培 养 基 牛 肉 膏 3 g ∕ L ꎬ 蛋 白 胨 10 g ∕ L ꎬ N a C l 5 g ∕ L ꎬpH 为 7􀆰 0 7 􀆰 2 中 ꎬ 于 30 ℃ 、 1 80 r ∕ m i n 下 培 养 7 d . 采 用 土 壤 基 因 组 D N A 提 取 试 剂 盒 So l a r bi o ꎬ 北 京 索 莱 宝 科 技 有 限 公 司 提 取 各 驯 化 培 养 液 中 细 菌 总 D N A ꎬ 此 即 为 可 培 养 细 菌 的 总 D N A . 另 外 ꎬ 称 取 0􀆰 5 g 左 右 的 土 壤 样 品 ꎬ 使 用 土 壤 基 因 组 D N A 提 取 试 剂 盒 提 取 土 壤 中 总 D N A . 使 用 含 e r r o r  ̄ c o r r e c t i ng ba r c o de s 的 细 菌 通 用 引 物 3 38 F 5 ′  ̄ A C T C C T A C G G G A G G C A G C A  ̄ 3 ′ 和 8 0 6 R 5 ′  ̄ G G A C T A C H V G G G T W T C T A A T  ̄ 3′ [ 1 6 ] 来 扩 增 细 菌 1 6 S r R N A 基 因 片 段 . 2 5 μ L P C R 反 应 体 系 1 μ L 总 D N A ꎬ 5 μ L 5 F a s t pf u B u f f e r ꎬ 1 μ L dN T P s 2 􀆰 5 m m o l ∕ L ꎬ 1 μ L 正 向 引 物 5 μ m o l ∕ L ꎬ 1 μ L 反 向 引 物 5 μ m o l ∕ L ꎬ 0􀆰 5 μ L T r a ns S t a r t F a s t pf u D N A P o l y m e r a s e 2􀆰 5 U ∕ μ L ꎬ 1 5􀆰 5 μ L dd H 2 O . P C R 仪 A B I 9 700 ꎬ T h e r m o ꎬ U SA 进 行 ꎬ 反 应 程 序 95 ℃ 预 变 性 3 m i n ꎻ 95 ℃ 变 性 3 0 s ꎬ 5 6 ℃ 退 火 30 s ꎬ 7 2 ℃ 延 伸 1 m i n ꎬ 共 25 个 循 环 ꎻ 72 ℃ 延 伸 10 m i n . P C R 产 物 经 1 % 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 检 测 后 ꎬ 使 用 A x y P r e p D N A G e l E x t r a c t i o n K i t A x y P r e p ꎬ 杭 州 切 胶 回 收 P C R 产 物 . 采 用 Q ua n t i F l u o r T M  ̄ S T P r o m e g a ꎬ U SA 蓝 色 荧 光 定 量 系 统 定 量 检 测 P C R 产 物 浓 度 . 按 照 每 个 样 本 测 序 量 要 求 ꎬ 根 据 精 确 定 量 结 果 进 行 相 应 比 例 的 混 合 ꎬ 建 立 复 制 子 文 库 ꎬ 使 用 I l l um i na M i Se q 平 台 进 行 高 通 量 测 序 . 1 􀆰 4 数 据 处 理 使 用 M o t hu r 软 件 对 I l l um i na 测 序 结 果 进 行 分 析 [ 1 7 ] ꎬ 去 掉 测 序 质 量 不 好 的 序 列 ꎬ 删 除 长 度 小 于 2 0 0 bp 的 序 列 ꎬ 并 根 据 序 列 两 端 ba r c o de 和 引 物 区 分 样 6 7 5 1第 9 期 王 怡 等 基 于 M i S e q 测 序 分 析 酸 性 农 作 物 土 壤 细 菌 群 落 结 构 与 多 样 性 品 ꎬ 去 掉 引 物 序 列 和 b a r c o d e s 序 列 ꎬ 最 终 得 到 有 效 的 序 列 文 件 . 采 用 U s e a r c h 平 台 v 7􀆰 1 ꎬ h t t p ∕ ∕ dr i v e 5 . c o m 对 所 有 序 列 进 行 O T U s o p e r a t i o n a l t a x o no m i c u ni t s ꎬ 操 作 分 类 单 元 划 分 ꎬ 采 用 R D P c l a s s i f i e r 贝 叶 斯 算 法 对 97 % 相 似 水 平 的 O T U 代 表 序 列 进 行 分 类 学 分 析 ꎬ 比 对 数 据 库 采 用 SI L V A v 111 1 6 S r R N A 参 考 数 据 库 h t t p ∕ ∕ w w w . a r b s i l v a . de . 利 用 M o t hur 软 件 计 算 A l p ha 多 样 性 指 数 ꎬ 如 菌 群 C h a o 1 丰 度 指 数 [ 1 8 ] 、 Sh a n no n  ̄ W i e ne r 多 样 性 指 数 [ 1 9 ] 、 G o o d ′ s C o v e r a g e 测 序 深 度 指 数 [ 2 0 ] 等 . 对 于 B e t a 多 样 性 分 析 ꎬ 使 用 B r a y  ̄ C ur t i s 矩 阵 对 计 算 得 到 的 O T U 组 成 及 丰 度 ꎬ 构 建 多 样 本 相 似 性 水 平 系 统 进 化 树 图 . 采 用 A no s i m 相 似 性 分 析 探 究 土 壤 总 细 菌 与 可 培 养 细 菌 群 落 结 构 的 差 异 性 ꎬ 其 中 差 异 指 数 R 计 算 公 式 为 R = 4 r b - r w ∕ [ n n - 1 ] 1 式 中 ꎬ r b 为 组 间 差 异 秩 的 平 均 值 ꎬ r w 为 组 内 差 异 秩 的 平 均 值 ꎬ n 为 总 的 样 本 个 数 . 使 用 SP S S I B M SP SS S t a t i s t i c s 25 􀆰 0􀆰 0 软 件 确 定 土 壤 理 化 因 子 与 土 壤 总 细 菌 门 水 平 上 细 菌 相 对 丰 度 的 S p e a r m a n 相 关 性 ꎬ 并 使 用 R 语 言 的 he a t m a p 函 数 构 建 二 者 的 热 图 . 使 用 V e g a n 包 对 土 壤 理 化 因 子 进 行 B i o e n v 分 析 ꎬ 寻 找 最 佳 的 理 化 因 子 组 合 ꎬ 随 后 使 用 C a no c o 5 软 件 构 建 细 菌 多 样 性 与 土 壤 理 化 因 子 的 相 关 性 . 使 用 M E G A 6 软 件 [ 2 1 ] 构 建 ne i g hb o r  ̄ j o i n i n g 系 统 进 化 树 ꎬ 用 以 确 定 丰 度 较 高 O T U 的 生 境 关 系 . 土 壤 总 细 菌 与 可 培 养 细 菌 的 高 通 量 测 序 数 据 存 放 于 N C B I 的 Sho r t R e a d A r c hi v e SR A 数 据 库 中 ꎬ 序 列 号 分 别 为 SR P 109 8 24 和 S R P 1 105 91 . 将 土 壤 总 细 菌 O T U 丰 度 位 于 前 30 位 的 各 序 列 上 传 至 N C B I 中 ꎬ 序 列 号 为 M F 3 4 7942 M F 347 971 O T U 1 O T U 30 . 2 结 果 与 讨 论 2 􀆰 1 土 壤 理 化 性 质 由 表 1 可 见 ꎬ 6 种 农 作 物 土 壤 呈 现 出 不 同 的 酸 化 程 度 ꎬ 土 壤 pH 为 4􀆰 39 6􀆰 69 . 玉 米 地 和 山 药 地 土 壤 酸 化 程 度 最 为 严 重 pH 5 ꎬ 且 玉 米 地 和 山 药 地 土 壤 中 w T A l 与 其 他 农 作 物 土 壤 相 比 明 显 较 高 P 0􀆰 0 5 ꎬ 而 w T C a 几 乎 均 明 显 较 低 P 0 􀆰 05 . 这 与 J U 等 [ 2 2 ] 的 研 究 结 果 一 致 ꎬ 即 土 壤 严 重 酸 化 能 够 明 显 提 高 土 壤 中 w T A l . 该 研 究 土 壤 中 w 有 效 态 C a 与 w 有 效 态 A l 呈 负 相 关 ꎬ 这 间 接 验 证 了 L a w r e n c e 等 [ 2 3 ] 提 出 的 酸 沉 降 导 致 土 壤 铝 活 化 是 北 美 森 林 钙 缺 失 的 主 要 原 因 的 观 点 . 6 种 酸 性 土 壤 中 w T C 、 w T N 、 w T P 分 别 为 1 6 􀆰 2 2 3 􀆰 9、 2 􀆰 1 1 2 􀆰 7 5、0 􀆰 5 1 0 􀆰 95 g ∕ kg ꎬ 与 新 疆 乌 苏 泥 火 山 土 壤 [ 2 4 ] 非 常 相 近 . 农 作 物 土 壤 中 氮 、 磷 及 有 机 质 的 来 源 不 仅 与 农 家 肥 或 化 肥 的 大 量 施 用 有 关 ꎬ 而 且 与 微 生 物 降 解 的 活 动 有 关 . 因 此 ꎬ 考 察 土 壤 的 理 化 性 质 能 够 正 确 指 导 作 物 的 选 育 与 耕 作 ꎬ 也 为 定 性 确 定 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 、 利 用 微 生 物 改 变 土 壤 的 性 质 而 打 下 理 论 基 础 . 表 1 6 种 农 作 物 土 壤 的 理 化 性 质 T a b l e 1 P h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n t c r o p s o i l s 土 壤 类 型 p H w ∕ g ∕ k g T N T C T P T A l T C a 玉 米 地 4 􀆰 6 7 0 􀆰 2 4 c 2 􀆰 3 3 0 􀆰 7 4 a 2 0 􀆰 6 8 􀆰 3 4 a 0 􀆰 9 5 0 􀆰 1 2 a 1 2 4 􀆰 6 5 􀆰 2 5 a 1 􀆰 1 1 0 􀆰 7 2 b 烟 草 地 6 􀆰 6 9 0 􀆰 4 5 a 2 􀆰 1 1 0 􀆰 4 0 a 1 6 􀆰 3 2 􀆰 9 7 a 0 􀆰 5 9 0 􀆰 0 5 b c 8 6 􀆰 8 9 􀆰 4 7 b 2 􀆰 7 1 0 􀆰 7 1 a 莴 苣 地 5 􀆰 1 6 0 􀆰 3 0 b c 2 􀆰 7 5 0 􀆰 2 3 a 2 3 􀆰 9 1 􀆰 4 6 a 0 􀆰 6 1 0 􀆰 0 2 a b c 8 5 􀆰 3 3 􀆰 5 2 b 1 􀆰 9 5 0 􀆰 3 3 a b 山 药 地 4 􀆰 3 9 0 􀆰 2 9 c 2 􀆰 4 4 0 􀆰 5 0 a 2 1 􀆰 0 3 􀆰 3 3 a 0 􀆰 8 7 0 􀆰 1 9 a b 1 3 4 􀆰 0 9 􀆰 6 4 a 1 􀆰 6 9 0 􀆰 2 3 a b 白 菜 地 6 􀆰 3 4 0 􀆰 5 1 a b 2 􀆰 3 6 0 􀆰 2 2 a 1 9 􀆰 9 3 􀆰 7 6 a 0 􀆰 5 4 0 􀆰 0 6 b c 9 7 􀆰 0 5 􀆰 6 2 b 2 􀆰 7 3 0 􀆰 5 1 a 草 莓 地 5 􀆰 9 8 0 􀆰 6 8 a b 2 􀆰 1 1 0 􀆰 4 3 a 1 6 􀆰 2 3 􀆰 3 8 a 0 􀆰 5 1 0 􀆰 1 8 c 1 0 2 􀆰 1 3 􀆰 4 2 b 2 􀆰 9 1 0 􀆰 2 1 a注 试 验 结 果 为 3 个 重 复 试 验 的 结 果 . 同 一 列 中 不 同 字 母 代 表 显 著 性 差 异 P 0 􀆰 0 5 . 下 同 . 2􀆰 2 细 菌 群 落 的 多 样 性 分 析 2􀆰 2􀆰 1 A l p ha 多 样 性 分 析 根 据 97 % 的 相 似 度 ꎬ 将 有 效 序 列 聚 类 为 用 于 物 种 分 类 的 O T U . 经 统 计 ꎬ 6 种 农 作 物 土 壤 样 品 中 总 细 菌 共 有 4 00 8 个 O T U ꎬ 而 其 中 可 培 养 细 菌 共 有 97 个 O T U ꎬ 且 平 均 测 序 读 长 分 别 为 4 38 和 449 b p . 土 壤 总 细 菌 的 C h a o 1 丰 富 度 指 数 和 S ha nno n  ̄ W i e ne r 多 样 性 指 数 均 明 显 P 0􀆰 05 高 于 可 培 养 细 菌 见 表 2 . 由 此 表 明 ꎬ 土 壤 中 可 培 养 细 菌 种 类 在 土 壤 总 细 菌 中 的 占 比 不 足 1 % . 此 外 ꎬ 土 壤 总 细 菌 的 O T U 数 量 、 C ha o 1 丰 富 度 指 数 和 Sh a n no n  ̄ W i e n e r 多 样 性 指 数 在 这 6 种 农 作 物 土 壤 之 间 存 在 显 著 差 异 P 0 􀆰 0 5 ꎬ 表 明 6 种 农 作 物 土 壤 中 细 菌 的 丰 度 和 多 样 性 存 在 差 异 ꎬ 需 要 进 一 步 探 究 决 定 这 种 差 异 的 理 化 因 子 . 对 于 6 种 农 作 物 7 7 5 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷表 2 不 同 土 壤 样 品 中 A l p h a 多 样 性 指 数 T a b l e 2 A l p h a d i v e r s i t y i n d e x i n d i f f e r e n t s o i l s a m p l e s 处 理 土 壤 类 型 O T U 数 量 ∕ 个 C h a o 1 丰 富 度 指 数 G o o d ′ s C o v e r a g e 测 序 深

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