半干旱区薰衣草品种对根际土壤性质及真菌群落结构与功能的调控作用

《Frontiers in Microbiology》：Regulatory effects of lavender varieties on rhizosphere soil properties and fungal community structure and function in semi-arid regions

　　

引言：理解不同薰衣草品种在半干旱区如何调控土壤微生态，可揭示土壤改良的微生物机制，筛选具有高生态修复潜力的品种，并支撑植被恢复、土壤质量提升与特色作物栽培的协同发展。方法：研究人员选取新疆伊犁地区三个主栽品种（新薰2号、新薰3号、新薰4号）并以自然土壤为对照，测定根际土壤理化性质，采用高通量测序分析真菌群落结构，利用FUNGuild预测真菌功能，并通过相关性分析与冗余分析(RDA)识别关键驱动因子。结果：不同品种显著重塑根际土壤性质与真菌群落结构。其中新薰4号在土壤有机质(SOM)、碱解氮(AN)与速效磷(AP)提升幅度最大，并显著增强真菌α多样性。真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)为主，但各品种在门、属及推定性功能组水平上的物种丰度差异显著。RDA表明总磷(TP)、pH与全氮(TN)是影响真菌群落结构的关键因子，而碱解氮(AN)、速效磷(AP)、有机质(SOM)、电导率(EC)、总磷(TP)与硝态氮(NO3?-N)是驱动推定性真菌功能组的主要因子。讨论：新薰4号在改善土壤养分状况与真菌群落结构方面相对占优，可在薰衣草园建设等应用中优先推广。

研究背景与立项依据

半干旱区芳香植物薰衣草(Lavandula spp.)兼具经济与生态功能，但长期集约栽培下不同品种在产量、品质与环境适应性上差异显著，这种变异不仅受遗传背景影响，更与根际微生态系统结构及功能密切相关。根际是植物根系与土壤环境互作的最活跃界面，植物通过根系分泌物选择性招募微生物，形成品种特异的根际微生物组。已有研究多聚焦农艺性状与精油品质，从根际生态学视角解析不同薰衣草品种对土壤环境与真菌群落调控机制的系统证据仍显不足，尤其在典型旱地经济作物系统中，“品种–土壤理化性质–真菌群落结构与功能”的耦合关系尚缺乏统一生态背景下的比较研究。为此，研究人员以新疆伊犁第四师农科所薰衣草基地5年生新薰2号、新薰3号、新薰4号及同地块未栽薰衣草的自然土壤(CK)为对象，设置随机区组设计，旨在揭示品种差异驱动根际真菌组装配的生态机制，为半干旱区优良品种筛选与可持续栽培提供科学依据。该文发表于《Frontiers in Microbiology》。

主要技术方法概括

研究人员在新疆伊犁半干旱灰钙土区建立随机区组试验，设新薰2号(XL2)、新薰3号(XL3)、新薰4号(XL4)及自然土壤对照(CK)，各品种5个独立种植块，花期同天采集根际土（抖落非根际土后刷取根表紧贴土），CK用五点法采0–20 cm自然土，每处理混合成复合样本，部分风干测理化、部分?80 ℃存备DNA。土壤pH(土水比1:2.5玻璃电极法)、EC(1:5电导仪)、铵态氮(NH₄⁺-N)与硝态氮(NO₃^?-N)(自动离散化学分析仪)、SOM(重铬酸钾氧化外热法)、TP(碱熔钼锑抗比色)、AN(碱解扩散)、AP(碳酸氢钠提取分光)、TN(元素分析仪)完成理化测定。真菌ITS1F/ITS2R扩增、Illumina NextSeq 2000双端测序，fastp+FLASH质控拼接，USEARCH按97%相似聚OTU(Operational Taxonomic Unit，操作分类单元)，RDP比对UNITE 9.0注释，抽平至68144条得5765 OTU，算α/β多样性与PCoA。FUNGuild仅留Probable/Highly Probable置信功能组预测生态营养模式，SPSS做单因素ANOVA，Pearson相关与RDA(Monte Carlo检验)定驱动因子。

研究结果

3.1 土壤理化性质比较：相比CK，三品种根际pH均显著升高(XL2+XL3+XL4分别+3.54%、+3.66%、+2.80%)；XL3、XL4的EC显著下降(?24.93%、?22.34%)；NH₄⁺-N全面上升(+23.11%~+35.09%)，NO₃^?-N大幅下降(?48.32%~?82.45%)；AN仅XL3(+20.74%)、XL4(+52.50%)显著升；TN降40.36%–47.98%；SOM以XL4最高(+29.54%)；AP增幅XL4达+85.53%远超XL2(+12.38%)与XL3(+74.56%)；TP降19.30%–21.64%。结论：XL4在提升SOM、AN、AP方面最优，具更强根际培肥效应。

3.2 真菌群落结构差异：α多样性中XL4的Sobs(535.8)、Chao1(+22.30% vs CK)、Shannon(+9.33% vs CK)均显著最高。PCoA前两轴累释37.87%，CK与XL2居PC1负向，XL3正向，XL4沿PC2正向独立聚类。门级以Ascomycota为主，XL2/XL4富集Ascomycota，XL3升Mortierellomycota、降Basidiomycota；属级Mortierella各处理共有，XL3显著降Basidiomycota/Rozellomycota/Blastocladiomycota，XL4升Monoblepharomycota 147.29%。LEfSe(LDA>3.5)示CK标志c_Agaricomycetes，XL2富f_Agaricaceae，XL3标志p_Mortierellomycota，XL4富g_Aspergillus。结论：品种通过根际过滤选择性富集特定真菌分类单元，XL4多样性与群落复杂度最高。

3.3 真菌功能预测：FUNGuild显示各处理以Undefined Saprotroph、Endophyte-Undefined Saprotroph、Soil Saprotroph-Wood Saprotroph为主。XL2升Undefined Saprotroph至44.79%；XL3升Endophyte-Undefined Saprotroph至19.33%(+38.9% vs CK)；XL4略升Animal Pathogen/Plant Pathogen/Fungal Parasite-Plant Saprotroph等潜在病原组。结论：XL2促腐生组，XL3/XL4功能更多样且病原相关组占比略增，但仅为推定性功能而非病害直接证据。

3.4 真菌群落与环境因子关联：Pearson相关显示属级群落与AN、AP、EC、NH₄⁺-N、NO₃^?-N、pH、SOM、TN、TP显著相关；功能组响应方向强度各异。RDA群落结构前两轴释37.62%，关键驱动为TP(r²=0.467,p=0.004)、pH(r²=0.380,p=0.018)、TN(r²=0.289,p=0.044)；RDA功能组前两轴释40.65%，关键驱动为AN(r²=0.801,p=0.001)、AP(r²=0.544,p=0.002)、SOM(r²=0.498,p=0.002)、EC(r²=0.406,p=0.012)、TP(r²=0.325,p=0.034)、NO₃^?-N(r²=0.298,p=0.045)。

讨论部分总结

研究人员指出，品种差异不仅表现于地上性状，更通过根系阳离子/阴离子吸收失衡、有机酸/碱性物分泌及微生物代谢改变根际pH；XL3/XL4降EC缓解半干旱盐胁迫，XL4提AN源于更大根系碳输入与微生物矿化。氮形态转换中NO₃^?-N耗减由植物吸收与硝化抑制等共同导致；XL4在TN降近50%同时SOM升，归因于高C/N根系分泌物引发微生物固持使SOM与TN短期脱钩。真菌方面，Ascomycota主导反映旱区耐受性，XL4高α多样性与Aspergillus富集暗示更复杂根际生态位；FUNGuild病原组略升不代表病害风险上升，而是资源富集容纳更广功能谱，但需培养分离与宏基因组验证。RDA印证TP/pH/TN主导分类装配，AN/AP/SOM等主导功能重组，品种借改pH与磷供应驱动真菌生态位分割。

结论部分翻译

薰衣草品种显著影响了半干旱区根际土壤理化性质、真菌群落组成及预测功能组。各品种中，新薰4号在提升土壤有机质(SOM)、碱解氮(AN)与速效磷(AP)方面最有效，同时支撑更高真菌α多样性。总磷(TP)、pH与全氮(TN)是真菌群落结构的主要驱动因子，而碱解氮(AN)、速效磷(AP)、土壤有机质(SOM)、电导率(EC)、总磷(TP)与硝态氮(NO₃^?-N)与预测真菌功能组迁移密切相关。总体看，XL4在改善根际土壤肥力与真菌多样性上潜力突出，但其推定性病原与寄生功能组相对丰度略升需谨慎解读并待实验验证。上述发现为半干旱区薰衣草品种选择与根际土壤管理提供了科学依据。