油茶土-根连续体中细菌群落的结构与功能

《BMC Plant Biology》：Structure and function of bacterial community in soil-root continuum of Camellia oleifera

　　

摘要

背景

根际微生物群落对促进植物生长和维持植物健康至关重要。由于自然因素以及不当的人类管理，油茶的可持续生产受到了严重限制。目前，关于油茶土壤-根系连续体（土壤整体、根际土壤和根内环境）中细菌群落的结构、组成及功能的研究还比较缺乏。为更好地了解油茶的土壤-根系-微生物相互作用，我们利用Illumina HiSeq技术研究了油茶根系相关细菌群落的物种组成、多样性、群落构建及其潜在功能。

结果

分析表明，不同生态位中的细菌群落在组成和结构上存在显著差异。变形菌门（1174 - 901 - 12种）、放线菌门（嗜酸热菌属）和厚壁菌门在根内环境中显著富集，而酸杆菌门、绿弯菌门以及疣微菌门（剑形杆菌候选种）在土壤整体和根际环境中显著富集。PCoA分析显示，油茶土壤-根系连续体不同生态位间的细菌群落结构存在显著差异（根际与土壤：P = 0.05；根内环境与土壤：P = 0.04；根内环境与根际：P = 0.005）。在油茶根系中，决定性过程（各部分的相对占比：土壤为50.0%，根际为64.7%，根内环境为75.5%）主导着群落构建。生态位影响着油茶土壤-根系连续体细菌群落的复杂度和稳定性，且根内环境的共现网络比根际和土壤更为复杂。一些属，如新鞘氨醇杆菌属、纤毛振动杆菌属、嗜血杆菌属和玫瑰弧菌属，被确定为关键微生物类群。这些关键类群在降解多环芳烃污染、促进养分转化以及增强植物抗逆性方面具有重要的潜在功能。最后，FAPROTAX的功能预测结果显示，不同生态位中细菌群落的功能类别存在显著差异（P = 0.001），以化能异养型为主。

结论

本研究阐明了油茶土壤-根系连续体不同生态位中细菌群落的组成、结构、构建机制、关键类群及其群落功能，为未来探索微生物功能以及研究生物肥料提供了理论依据。