锦鸡儿属植物功能性状与根际土壤细菌群落结构的关系

doi:10.11686/cyxb2021202

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (7): 38-49.DOI: 10.11686/cyxb2021202

锦鸡儿属植物功能性状与根际土壤细菌群落结构的关系

李媛媛¹^,²^,³(), 徐婷婷⁴, 艾喆³, 周兆娜³, 马飞¹^,²()

^1.宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏银川 750021
^2.宁夏大学生态环境学院，宁夏银川 750021
^3.宁夏大学地理科学与规划学院，宁夏银川 750021
^4.宁夏大学生命科学学院，宁夏银川 750021

收稿日期:2021-05-12 修回日期:2021-08-05 出版日期:2022-07-20 发布日期:2022-06-01
通讯作者: 马飞
作者简介:E-mail： mafei05@163.com
李媛媛（1996-），女，宁夏银川人，在读硕士。E-mail： 1873952369@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(31860142)

Relationship between plant functional traits and rhizosphere bacterial community structure of two Caragana species

Yuan-yuan LI¹^,²^,³(), Ting-ting XU⁴, Zhe AI³, Zhao-na ZHOU³, Fei MA¹^,²()

^1.Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwestern China，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.School of Ecology and Environment，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^3.School of Geography and Planning，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^4.School of Life Science，Ningxia University，Yinchuan 750021，China

Received:2021-05-12 Revised:2021-08-05 Online:2022-07-20 Published:2022-06-01
Contact: Fei MA

摘要/Abstract

摘要：

以不同地理种群的中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿为研究对象，利用高通量测序技术，比较分析了2种锦鸡儿不同地理种群根际土壤细菌多样性、物种组成和丰度的差异及其与植物功能性状的关系，为深入理解锦鸡儿属植物适应干旱环境的微生物学机制提供数据支持。结果表明，2种锦鸡儿根际土壤细菌隶属于22门62纲131目185科304属。优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和放线菌门。在属水平上，根瘤菌属、鞘氨醇单胞菌属、RB41和芽孢杆菌属为优势属。中间锦鸡儿与小叶锦鸡儿根际土壤细菌多样性指数（Chao1、ACE、香农和辛普森指数）无明显差异，但主坐标分析表明2种锦鸡儿根际土壤细菌群落结构存在显著差异（P<0.05）。Mantel检验分析表明植物功能性状与根际土壤细菌群落结构存在显著相关性，且冗余分析显示株高、叶干物质含量、比叶面积、叶厚度和叶长是驱动根际土壤细菌群落结构构建的主要性状（P<0.05）。综上所述，中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿根际土壤细菌群落结构存在显著性差异，且根际土壤细菌群落结构的变化受到植物性状的显著影响。

关键词: 中间锦鸡儿, 小叶锦鸡儿, 根际, 细菌群落, 植物功能性状

Abstract:

In this study， we collected soil samples from Caragana liouana and Caragana microphylla across different geographical populations and the diversity and composition of soil bacterial community were compared and analyzed using Illumina MiSeq high-throughput sequencing technology. Our objective was to test the relationships between plant functional traits and the rhizosphere soil bacterial community， in anticipation this information might provide insight into microbiological mechanisms of Caragana adaptation to drought environments. Results showed that 22 phyla， 62 classes， 131 orders， 185 families and 304 genera were identified from all rhizosphere soils. At the phylum level， the dominant taxa were Proteobacteria， Acidobacteria， Bacteroidetes and Actinobacteria. Rhizobium， Sphingomonas， RB41 and Bacillus were predominant genera. Although the soil bacterial community diversity （Chao1 index， ACE index， Shannon index and Simpson index） showed no significant difference between C. liouana and C. microphylla， a principal coordinate analysis demonstrated that there were significant differences between them in the bacterial community structure. A Mantel test indicated a significant positive relationship between plant functional traits and bacterial community composition of the rhizosphere soil， and furthermore， based on the redundancy analysis， plant height， leaf dry matter content， specific leaf area， leaf thickness and leaf length were the dominant factors associated with changes in the rhizosphere bacterial community structure. Overall， the present results indicate that there are significant differences between C. liouana and C. microphylla in the structure of their soil bacterial communities， and the bacterial community structure of the rhizosphere soil is strongly linked to plant functional traits across the geographical populations.

Key words: Caragana liouana, Caragana microphylla, rhizosphere, bacterial community, plant functional traits

李媛媛, 徐婷婷, 艾喆, 周兆娜, 马飞. 锦鸡儿属植物功能性状与根际土壤细菌群落结构的关系[J]. 草业学报, 2022, 31(7): 38-49.

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图/表 10

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采样点Sample site	种名Name	经度Longitude （° E）	纬度Latitude （° N）	海拔Altitude （m）
CL1	中间锦鸡儿C. liouana	107.45	37.82	1431
CL2	中间锦鸡儿C. liouana	107.69	38.18	1342
CL3	中间锦鸡儿C. liouana	108.35	38.88	1369
CL4	中间锦鸡儿C. liouana	108.75	38.60	1330
CL5	中间锦鸡儿C. liouana	108.69	37.99	1223
CL6	中间锦鸡儿C. liouana	110.24	38.78	1220
CL7	中间锦鸡儿C. liouana	111.18	39.40	932
CL8	中间锦鸡儿C. liouana	110.93	39.06	1035
CL9	中间锦鸡儿C. liouana	110.28	39.33	1282
CL10	中间锦鸡儿C. liouana	109.68	39.12	1278
CL11	中间锦鸡儿C. liouana	108.81	38.54	1330
CM1	小叶锦鸡儿C.microphylla	115.22	41.89	1527
CM2	小叶锦鸡儿C.microphylla	116.23	42.24	1419
CM3	小叶锦鸡儿C.microphylla	119.15	42.99	645
CM4	小叶锦鸡儿C.microphylla	121.08	42.50	454
CM5	小叶锦鸡儿C.microphylla	122.28	43.07	240
CM6	小叶锦鸡儿C.microphylla	120.95	43.64	260
CM7	小叶锦鸡儿C.microphylla	119.01	43.64	742
CM8	小叶锦鸡儿C.microphylla	115.19	42.31	1390
CM9	小叶锦鸡儿C.microphylla	114.74	40.87	961
CM10	小叶锦鸡儿C.microphylla	112.12	41.24	1826

采样点Sample site	种名Name	经度Longitude （° E）	纬度Latitude （° N）	海拔Altitude （m）
CL1	中间锦鸡儿C. liouana	107.45	37.82	1431
CL2	中间锦鸡儿C. liouana	107.69	38.18	1342
CL3	中间锦鸡儿C. liouana	108.35	38.88	1369
CL4	中间锦鸡儿C. liouana	108.75	38.60	1330
CL5	中间锦鸡儿C. liouana	108.69	37.99	1223
CL6	中间锦鸡儿C. liouana	110.24	38.78	1220
CL7	中间锦鸡儿C. liouana	111.18	39.40	932
CL8	中间锦鸡儿C. liouana	110.93	39.06	1035
CL9	中间锦鸡儿C. liouana	110.28	39.33	1282
CL10	中间锦鸡儿C. liouana	109.68	39.12	1278
CL11	中间锦鸡儿C. liouana	108.81	38.54	1330
CM1	小叶锦鸡儿C.microphylla	115.22	41.89	1527
CM2	小叶锦鸡儿C.microphylla	116.23	42.24	1419
CM3	小叶锦鸡儿C.microphylla	119.15	42.99	645
CM4	小叶锦鸡儿C.microphylla	121.08	42.50	454
CM5	小叶锦鸡儿C.microphylla	122.28	43.07	240
CM6	小叶锦鸡儿C.microphylla	120.95	43.64	260
CM7	小叶锦鸡儿C.microphylla	119.01	43.64	742
CM8	小叶锦鸡儿C.microphylla	115.19	42.31	1390
CM9	小叶锦鸡儿C.microphylla	114.74	40.87	961
CM10	小叶锦鸡儿C.microphylla	112.12	41.24	1826

植物功能性状 Functional trait	中间锦鸡儿C. liouana			小叶锦鸡儿C. microphylla
植物功能性状 Functional trait	均值±标准误差Mean±SE	F	P	均值±标准误差Mean±SE	F	P
叶长LL （mm）	10.54±0.85	9.81	<0.001	9.01±0.58	3.70	0.007
叶宽LW （mm）	5.41±0.50	5.75	<0.001	5.52±0.54	5.73	0.001
叶厚度LT （mm）	0.25±0.01	5.44	<0.001	0.24±0.01	3.94	0.005
株高Pheight （cm）	174.66±21.30	6.33	<0.001	102.85±50.10	23.52	<0.001
冠幅CW （cm²）	247.42±26.44	3.98	0.003	237.77±59.56	11.15	<0.001
比叶面积SLA （cm²·g^-1）	142.38±17.39	14.64	<0.001	147.88±20.23	3.79	0.006
叶干物质含量LDMC （mg·g^-1）	0.29±0.04	27.21	<0.001	0.32±0.03	5.50	0.001
叶片碳含量LC （mg·g^-1）	453.83±4.01	1.40	0.243	450.85±6.09	5.86	<0.001
叶片氮含量LN （mg·g^-1）	39.92±4.33	10.13	<0.001	40.63±7.01	14.02	<0.001
叶片磷含量LP （mg·g^-1）	3.02±0.55	3.20	0.011	2.85±0.39	2.12	0.077

植物功能性状 Functional trait	中间锦鸡儿C. liouana			小叶锦鸡儿C. microphylla
植物功能性状 Functional trait	均值±标准误差Mean±SE	F	P	均值±标准误差Mean±SE	F	P
叶长LL （mm）	10.54±0.85	9.81	<0.001	9.01±0.58	3.70	0.007
叶宽LW （mm）	5.41±0.50	5.75	<0.001	5.52±0.54	5.73	0.001
叶厚度LT （mm）	0.25±0.01	5.44	<0.001	0.24±0.01	3.94	0.005
株高Pheight （cm）	174.66±21.30	6.33	<0.001	102.85±50.10	23.52	<0.001
冠幅CW （cm²）	247.42±26.44	3.98	0.003	237.77±59.56	11.15	<0.001
比叶面积SLA （cm²·g^-1）	142.38±17.39	14.64	<0.001	147.88±20.23	3.79	0.006
叶干物质含量LDMC （mg·g^-1）	0.29±0.04	27.21	<0.001	0.32±0.03	5.50	0.001
叶片碳含量LC （mg·g^-1）	453.83±4.01	1.40	0.243	450.85±6.09	5.86	<0.001
叶片氮含量LN （mg·g^-1）	39.92±4.33	10.13	<0.001	40.63±7.01	14.02	<0.001
叶片磷含量LP （mg·g^-1）	3.02±0.55	3.20	0.011	2.85±0.39	2.12	0.077

门 Phyla	属 Genera	相对丰度Relative abundance （%）
门 Phyla	属 Genera	中间锦鸡儿C. liouana	小叶锦鸡儿C. microphylla
变形菌门Proteobacteria		55.88±1.16**	46.21±2.23
	根瘤菌属Rhizobium	9.98±1.13**	3.24±0.39
	鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas	5.38±0.28	6.65±0.42*
	类固醇杆菌属Steroidobacter	2.37±0.20	2.07±0.18
	中慢生根瘤菌属Mesorhizobium	1.24±0.20	1.66±1.14
	溶杆菌属Lysobacter	0.73±0.07*	0.54±0.06
酸杆菌门Acidobacteria		12.51±0.65	20.56±1.71**
酸杆菌门Acidobacteria	RB41	2.89±0.21	7.18±0.77**
拟杆菌门Bacteroidetes		10.72±0.66**	7.71±0.45
放线菌门Actinobacteria		6.78±0.32	9.88±0.56**
	红色杆菌属Rubrobacter	0.42±0.06	1.95±0.26**
	链霉菌属Streptomyces	0.86±0.07	1.28±0.15**
Patescibacteria		4.49±0.40	3.29±0.55
厚壁菌门Firmicutes		3.31±0.33	4.19±0.49
	芽孢杆菌属Bacillus	1.98±0.23	3.06±0.35*
芽单胞菌门 Gemmatimonadetes		2.09±0.16	3.02±0.24**
芽单胞菌门 Gemmatimonadetes	芽单胞菌科未分类的属Unclassified_f_Gemmatimonadaceae	1.66±0.13	2.59±0.21**
绿弯菌门Chloroflexi		1.94±0.11	2.00±0.13

锦鸡儿属植物功能性状与根际土壤细菌群落结构的关系

Relationship between plant functional traits and rhizosphere bacterial community structure of two Caragana species

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Metrics

植物属性 Plant attribute	株高 Pheight	叶干物质含量 LDMC	比叶面积 SLA	叶厚度 LT	叶长 LL	叶片磷含量 LP	冠幅 CW	叶宽 LW	叶片氮含量 LN	叶片碳含量 LC
解释度 Explains （%）	6.5	5.5	4.7	4.7	3.4	1.9	1.6	1.1	1.0	0.8
贡献率 Contribution （%）	20.7	17.8	15.0	14.9	10.9	6.2	5.3	3.5	3.1	2.6
F	4.2	3.8	3.3	3.4	2.6	1.5	1.3	0.8	0.7	0.6
P	0.002	0.002	0.022	0.008	0.016	0.116	0.248	0.516	0.632	0.778

指标 Parameter	叶长 LL	叶宽 LW	叶厚度LT	株高 Pheight	冠幅 CW	比叶面积SLA	叶干物质含量LDMC	叶片碳含量LC	叶片氮含量LN	叶片磷含量LP
Chao1指数Chao1 index	-0.07	0.05	0.31*	-0.23	-0.23	0.08	-0.16	-0.22	0.17	-0.02
ACE指数ACE index	-0.05	0.06	0.31*	-0.24	-0.25	0.08	-0.15	-0.25*	0.17	-0.02
香农指数Shannon index	-0.14	0.28*	0.25*	-0.34**	-0.18	0.04	0.03	-0.32*	0.27*	-0.06
辛普森指数Simpson index	-0.04	0.21	0.26*	-0.24	-0.15	-0.02	-0.01	-0.18	0.22	-0.10
变形菌门Proteobacteria	0.38**	-0.36**	0.04	0.61**	0.23	-0.16	-0.12	0.35**	-0.37**	0.12
酸杆菌门Acidobacteria	-0.50**	0.33**	-0.10	-0.69**	-0.43**	0.19	0.10	-0.36**	0.30*	-0.15
拟杆菌门Bacteroidetes	0.49**	-0.04	0.11	0.30*	0.01	-0.12	-0.05	0.10	0.03	0.19
放线菌门Actinobacteria	-0.43**	0.24	-0.00	-0.54**	-0.03	0.18	0.09	-0.22	0.25*	-0.06
Patescibacteria	0.25	-0.13	-0.03	0.32*	0.23	-0.02	-0.02	0.00	-0.10	0.10
厚壁菌门Firmicutes	-0.16	0.03	0.02	-0.13	0.24	0.04	-0.04	0.08	0.04	-0.32*
芽单胞菌门Gemmatimonadetes	-0.41**	0.43**	-0.14	-0.56**	-0.06	0.20	0.10	-0.30*	0.43**	-0.10
绿弯菌门Chloroflexi	-0.14	0.17	0.30*	-0.20	-0.08	0.14	-0.07	-0.19	0.14	0.03

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