三种罗汉松根际土壤微生物群落功能多样性_霍灿灿.pdf

2023 年 2 月 热 带 农 业 科 学热 带 农 业 科 学 第 43 卷第 2 期 Feb.2023 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE Vol.43,No.2 收稿日期 2022-07-19；修回日期 2022-08-14 基金项目 国家自然科学基金（No.31560061）。第一作者 霍灿灿（1996），女，硕士研究生，研究方向为森林生态，E-mail：。通讯作者 招礼军（1971），男，博士，教授，研究方向为森林生态与植物生理生态，E-mail：Zhlj-。三种罗汉松根际土壤微生物群落功能多样性 霍灿灿 朱栗琼 招礼军 甘远东 黄相玲（广西大学林学院/广西森林生态与保育重点实验室 广西南宁 530004）摘 要 利用 Biolog 微平板技术，研究台湾大叶罗汉松、金钻罗汉松和罗汉松的不同土层深度根际土壤微生物碳代谢及微生物群落功能多样性的差异，分析罗汉松复杂的共生体与土壤环境的相关性，为罗汉松的栽培管理提供依据。结果表明，3 种罗汉松根际土壤微生物对碳源的利用在平均颜色变化率(AWCD)指标中 010 cm1020 cm2030 cm，其中罗汉松 1020 cm 土层 AWCD 值最大，金钻罗汉松在 2030 cm 土层中 AWCD 值最低；主成分分析表明，同种不同土层深度下，土壤微生物对碳源利用模式差异不显著，但不同种罗汉松在 1020 cm 土层下微生物对碳源的利用模式差异显著，主要是糖类、羧酸类、氨基酸类三大碳源。在同种不同土层深度下 Shannon多样性指数1020 cm明显高于 010 cm、2030 cm 土层，而 Simpson 优势度指数在各土层深度下差异不明显。说明 1020 cm 土层是罗汉松根际土壤微生物的主要分布层，是微生物发挥根际效应的主要场所。关键词 Biolog；罗汉松；主成份分析；碳源；土壤微生物 中图分类号 S791.46 文献标识码 A DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2023.02.001 Functional Diversity of Rhizosphere Soil Microbial Communities of Three Species of Pinus Koraiensis HUO Cancan ZHU Liqiong ZHAO Lijun GAN Yuandong HUANG Xiangling(Forestry College,Guangxi University/Guangxi Key Laboratory of Forest Ecology and Conservation,Nanning,Guangxi 530004,China)Abstract Using Biolog microplate technology,the differences in soil microbial carbon metabolism and microbial community functional diversity in the rhizosphere at different soil depths of Podocarpus nakaii,P.annamiensis,and Podocarpus macro-phyllus were studied,and the correlation between complex symbionts of Podocarpus and soil environment was analyzed,to provide the basis for the cultivation and management of Podocarpus.The results showed that the utilization of carbon source by three rhizosphere soil microorganisms of Podocarpus was 0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm in the awcd index,among which the AWCD value of 10-20 cm soil layer of P.macrophyllus was the largest,and that of 20-30 cm soil layer of P.annamiensis was the lowest;principal component analysis showed that there was no significant difference in the use mode of carbon source by soil microorganisms under the same soil depth,but there was a significant difference in the use mode of carbon source by microorganisms under the 10-20 cm soil layer of different species of Luohansong,mainly including sugar,carboxylic acid,and amino acid.The Shannon diversity index of 1020 cm is significantly higher than that of 0-10 cm and 20-30 cm soil layers at the same and different soil depths,while Simpsons dominance index has no significant difference at each soil depth.It shows that the 10-20 cm soil layer is the prime distribution layer of soil microorganisms in the rhizosphere of Pinus grosvenorii,and it is the main place for microorganisms to exert the rhizosphere effect.Keywords Biolog;Podocarpus;principal component analysis;carbon source;soil microorganisms 罗汉松Podocarpus maerophyllus(Thunb.)隶属 裸 子 植 物 亚 门（Gymnospermae）松 柏 纲（Coniferopsida）罗汉松科（Podocarpaceae）罗汉松属（Podocarpus），别名罗汉杉、罗汉柏，是国家二级保护植物1，主要分布于我国长江以南各省，因其树形美观，寓意“长寿”成为我国南方庭院观赏、园林绿化优先考虑的树种，我国约有 2属 14 种。罗汉松在医学上也有药用价值，因其根皮果实均可入药，可以治疗多种疑难杂症2-3。植物根系土壤微生物量是植物根系微环境及2023 年 2 月 热带农业科学 第 43 卷第 2 期 -2-根系生长发育良好的重要表征，对于根系发达的乔木或灌木，根系土层深度的差异会在土壤微生物的数量、组成及功能上体现。罗汉松是古老的裸子植物，为乔木或灌木，根系发达，在自然界中罗汉松属植物普遍具有共生结瘤的现象，同时存在共生菌，如细菌、放线菌、真菌等，根系微生物丰富多样。根瘤内生固氮菌具有一定的固氮酶活性，其生物固氮体系与豆科植物具有高度的相似性4，罗汉松根系菌根及根系结瘤内生菌的特性随着土层深度的变化而变化。主要体现在不同的土层深度，罗汉松根际土壤微环境、根系结瘤量、生物固氮能力具有不同程度的差异。土层深度及根系特征与根际微生物群落的功能和代谢的相关性研究主要集中在农作物连作方面，而有关罗汉松科植物方面的研究报道鲜见。如有研究表明，020 cm 土层内紫花苜蓿田间土壤细菌和放线菌数量高于 2040 cm 土层，而真菌数量变化不大5-8。因此，本研究采用 Biolog 微平板法，以3 种罗汉松的 010、1020、2030 cm 三个不同土层深度为研究对象，从根际微生物群落碳源利用的角度，研究不同土层深度罗汉松根际土壤微生物群落功能多样性，以了解罗汉松根际土壤微生物功能的变化，分析罗汉松复杂的共生体与土壤环境的相关性，为罗汉松的抚育管理提供依据。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试材 以采自中国广西南宁市隆安县金穗园林花木场 3 种罗汉松，即台湾大叶罗汉松（Pod-ocarpus nakaii）、金钻罗汉松（P.annamiensis）、罗汉松（Podocarpus macrophyllus），（以下分别用A、B、C 表示），根际的 010、1020、2030 cm三个不同土层深度的土壤为试验材料。1.1.2 样地概况 金惠园林花木场，位于中国广西的西南部，地处东经 1074010811，北纬22182314，属南亚热带湿润季风气候，炎热多雨，冬短夏长。年平均降雨量 1 301 mm，年内降雨量分配不均匀，季节性较强，降雨多集中在夏季。年平均气温 21.8，年最高平均气温月 7月 28.4，最低平均气温月 1 月 13.2。采集样地 土 壤，测 得 土 壤 pH 5.87.6，有 机 质 为12.3717.32 g/kg，全氮含量为 1.021.66 g/kg，全磷 含 量 为 0.422.94 g/kg，全 钾 含 量 为 3.69 5.54 mg/kg。（因样地不同树种间种植距离较近，土壤条件基本一致，且测量的样地中不同品种不同土层土壤理化性质未显现出一定的规律性，故未分析土壤微生物多样性与土壤理化性质之间的关系）。1.2 方法 1.2.1 样品采集 于 2017 年 10 月上旬，选择晴朗的天气在金穗园林花木场金钻罗汉松（A）、台湾大叶罗汉松（B）、罗汉松（C）基地分别采样。植株的选择采用传统的“5 点法”。将植物地表02 cm 土壤去除，再用铁铲分别挖至距离地表010 cm（标记 1）、1020 cm（标记 2）、2030 cm（标记 3）处，将根暴露出来，轻轻抖掉根系外围土壤后，用软毛刷将粘附在根系上的土壤轻轻刷下来，作为根际土壤。用无菌封口袋将各土层深度根际土壤装好并做好标识，放入冰盒带回实验室研磨过 2 mm 筛后置于 4冰箱保存备用。1.2.2 土壤微生物功能多样性的研究 罗汉松根际土壤微生物功能多样性的研究分析参照Classen等9方法。将土样从冰箱中取出，放在 25条件下活化 24 h，取 10 g 土样于 250 mL 三角瓶中，加入 90 mL 经灭菌的 NaCl 溶液（浓度为 0.85%），将三角瓶置于旋祸振荡器上以 200 r/min 震荡30 min，静置后取一定量上清液并采用无菌 NaCl溶液稀释至 1 000 倍，制备出接种液并移至储液槽。使用 8 孔道排枪向 ECO 板培养基孔中加150 L 接种液，每个样品 3 次重复；将接种好的微孔板放入 25恒温培养箱中；分别于 24、48、72、96、120、144、168、192、216 和 240 h 使用Biolog 微生物自动鉴定系统测定吸光度，测定波长分别为 590（颜色+浊度）和 750 nm（浊度）。1.2.3 数据分析 采用 Excel 2010 和 SPSS 25.0软件对数据进行统计分析。采用主成分（PCA）法分析罗汉松根际土壤微生物对碳源利用情况。绘图在 Excel 2010 中完成。罗汉松根际土壤微生物代谢强度用AWCD描述，表征微生物利用单一碳源的能力10。计算公式为：AWCD=(Ci-R)/31。式中 Ci 为 i 个非对照孔测出的吸光度值，R 为对照孔的吸光度值，若