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文|辰彥语不休

编辑|辰彥语不休

前言

洋甘菊（Matricaria chamomilla L.）是一种具有一定盐碱适应性的经济作物。研究旨在探讨盐条件如何影响土壤微生物群落的结构和多样性，以及根系分泌物如何调节这种变化。

结果显示，高盐条件处理降低了细菌和真菌的总体多样性和丰度，但没有改变优势门的存在或丰度，包括变形杆菌、酸杆菌门和子囊菌门。

冗余分析结果表明，细菌往往对土壤中盐离子如SO42-、Ca2+和 Na+更敏感，而真菌对某些根系分泌物如甲基-4-甲基苯甲酸酯和δ-硒烯更敏感。

这表明一组相对稳定的优势门和耐盐物种及其生态功能的增加可能与洋甘菊对盐条件的耐受性有关。该结果将支持未来通过改变土壤微生物群落来提高洋甘菊对沿海盐土的耐受性。

一、土壤和植物材料及处理

实验土壤（0-20 厘米深）采集自黄河三角洲湿地，年平均气温12.4°C，蒸发量1928.2毫米，降水量511.6毫米。根据植被种类和电导率的分布确定盐度梯度采集土壤。

低盐度湿地LS以芦笋为主，中盐度湿地MS以芦苇为主，高盐度湿地HS主要由柽柳和碱蓬莎莎。

将土壤运至温室，一小部分用于测定化学和物理性质，其余晒干后过筛除去岩石、根和杂物作为实验介质。实验盆装满3.5-4 kg土壤，温度25±2°C，光合有效辐射800±50 μmol m-2 s-1，相对湿度75±5%。

洋甘菊幼苗在标准盆栽土壤中生长，至3-5片真叶移植至LS、MS或HS土壤，每个盐度10个盆，重复3次。

模拟自然发生的盐水条件，每个花盆底部衬托盘，每次浇水（5-7天200-300毫升）用去离子水，多余水从每个花盆排出再用于它起源的花盆。洋甘菊开花时，收集实验土壤样本检查根系分泌物和土壤微生物群落。

为收集根系土壤样本，移除植物剧烈摇晃除去附着在根部的土壤。为直接从根表面收集土壤，从每个土壤处理采获3个洋甘菊根系。

分别放入含25 mL磷酸盐缓冲液（PBS，每升:6.33 g NaH2PO4·H2O、16.5 g Na2HPO4·H2O、2 mL Silwet L-77）的50 mL离心管，5000 r/min离心15分钟，1 mm尼龙网过滤。

再次5000 r/min离心15分钟，上清液液氮冷冻储存于-80°C。从根部收集的根系土壤（10 g）收集无菌离心管储存于-80°C。

琼脂糖凝胶电泳验证DNA完整性。使用515f和806r引物组扩增细菌16S rRNA基因。使用引物组扩增真菌核糖体内部转录间隔区。

PCR条件:98°C初始变性1分钟，98°C 30个循环10秒，50°C退火30秒，72°C延伸1分钟，72°C最后延伸5分钟。

根系分泌物的表征

与根相关的土壤样品乙酸乙酯提取，提取溶液通过冷冻干燥浓缩和干燥。将500 g每个风干土壤样品放入装有1.5 L乙酸乙酯的玻璃瓶，20°C下200 r/min摇动。

转移摇匀样品至50 mL离心管，5000 r/min离心15分钟。收集上清液旋转真空蒸发浓缩至1-1.5 mL，冻干机进一步浓缩和干燥。所得粉末无水乙酸乙酯溶解转移至安瓿瓶储存；每个盐条件处理重复3次。

每个干燥样品化学成分通过气相色谱-质谱法测定。GC条件:进样温度250°C，气体流速1.0 mL/min。

在所有土壤盐度下，变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门是主要的细菌门，它们合计约占全部细菌序列的70%。

所有处理共有38个优势细菌门，占整个群落的88.37%，另外，7个核心门的群落丰度在处理之间相似，优势门的分布也比较集中。

然后10°C/分钟升温速率将温度升至280°C，持续20分钟。MS条件:EI加速电压70 eV，EI温度230°C，扫描速度0.2 s，扫描范围35-500 amu，溶剂延迟时间3.0 min。

线性保留指数通过在相同的操作条件下注入含有C7-C40系列正烷烃的己烷溶液确定。通过与存储在质谱数据库中的质谱进行比较进一步鉴定。通过峰面积归一化获得土壤提取物中每种化学成分的相对浓度。

Na+、K+、Ca2+和Mg2+的浓度通过电感耦合等离子体原子发射光谱测定。将风干的土壤样品过0.15 mm筛，0.5 g过筛土壤放入装有5 mL氢氟酸和10 mL混合酸（1:1硝酸:高氯酸）的聚四氟乙烯管，微波消解系统90分钟。

干燥的样品100°C热板干燥3-5分钟。干燥残留物转移至50 mL玻璃管，原来的聚四氟乙烯管10 mL去离子水洗涤两次。

然后残留物放回原来的聚四氟乙烯管，10 mL去离子水稀释，ICP-AEC测定。Na+、K+、Ca2+和Mg2+平均值一式三份计算。

SO42-和Cl-的浓度通过离子色谱法测定。将风干土壤样品过0.15 mm筛，10 g过筛土壤置于装有100 mL双蒸水的玻璃管，25°C 100 r/min振荡2 h，超声处理60 min，5000 r/min离心15 min。

上清液依次通过0.45 和0.22 μm滤膜过滤。使用KOH（22 mmol/L）溶液为流动相的阴离子分离柱分离SO42-和Cl-阴离子。

OTU数据进行平方根变换，相对丰度数据进行反正弦平方根变换。进行统计分析之前检查数据正态性和同质性假设。

三、不同盐分浓度条件下盐条件下微生物表现情况

在所有土壤盐度下，主要真菌门是子囊菌门和担子菌门，处理之间没有显著差异。所有处理共有11个优势真菌门，占总群落84.61%。

在整个土壤中，细菌生态功能包括芳香族化合物降解、含硫化合物的氧化、锰氧化、固氮、反硝化、纤维素分解和尿素分解。

除锰氧化、纤维素分解、固氮和尿素分解外，所有功能组处理之间没有显著差异。锰氧化功能组在LS处理中最普遍，而纤维素分解功能组在MS处理中最普遍。

在所有盐度下，洋甘菊根系分泌物最稀有的成分是4-甲基苯甲酸甲酯、十二烷酸甲酯和异肉豆蔻酸甲酯。

发现盐条件显著降低了根系分泌物中（−）异角烯的含量。在LS处理中，（−）异角烯含量为41.43±9.61%，而在MS和HS处理中分别为19.14±1.80%和25.28±4.61%。

发现盐条件会显著增加（E）-β-法尼烯。立苯酚含量在MS处理中最高，在LS、MS和HS处理中含量分别为1.19±0.04%、16.94±3.49%和5.21±1.47%。

SO42−、Ca2+和Na+浓度随着总盐度的增加而增加，分别占LS、MS和HS土壤总离子含量的88.10%、92.17%和93.33%。

在整个土壤中，Cl-和K+浓度较低，分别仅占LS、MS和HS土壤总离子含量的2.26%、1.96%和1.43%。在这两种情况下，处理之间没有显著差异。

RDA显示细菌群落往往对盐度变化更敏感，而真菌群落往往对根系分泌物变化更敏感。发现主要的解释性环境因素是SO42-、Ca2+、Na+、SE（δ-硒烯）和ME（4-甲基苯甲酸甲酯），它们共同解释了>95%的方差。

综合分析土壤盐离子、根系分泌物化合物和微生物群落之间的关系显示，真菌和根系分泌物化合物倾向于聚集在第一、第二和第三象限。即使在第四象限，子囊菌门和森菌门真菌群与根系分泌物的相关性最强。

土壤微生物通过为植物提供抗条件缓冲带、产生多种植物生长激素、促进养分循环和有机质分解等途径，在调节植物根系环境、增强植物盐条件耐受性方面发挥着重要作用。

稳定的根系细菌和真菌群落结构尤为重要。在这项工作中，研究发现盐条件显著改变了土壤微生物的多样性和群落结构，尽管主要的根系门几乎没有受到影响。

在盐度水平上，研究发现了38个优势细菌门和11个优势真菌门，分别占群落的88.37%和84.61%。这些结果表明洋甘菊根系的核心微生物群落在盐条件下相对稳定。

在某些情况下，盐条件也会显著改变与生态相关的微生物功能群。对于细菌，几丁质分解、碳氢化合物降解、反硝化和芳香族化合物降解的功能基团被发现不受盐条件的影响，而固氮、硝化和尿素分解的功能基团在MS和HS处理下有增加的趋势。

群落丰度增加的细菌和真菌类群分别占根系微生物总物种数的53.33%和73.33%。

自身耐受盐条件的微生物可以为其宿主植物提供更高的耐盐性。研究推测洋甘菊对盐条件的耐受性可能与核心微生物群落的稳定性以及与耐盐根系微生物相关的功能改变有关。

根系分泌物、土壤离子、pH值等环境条件影响根系微生物的多样性和群落结构。根系分泌物具有多种作用，如抗菌、引诱或促进作用，土壤离子具有渗透和毒性作用。

由于某些根系分泌物的抗菌活性。先前的研究表明，在根系分泌物中发现的几种化合物，包括SE、ME、BIS、β-石竹烯、异苯酚和（±）-β-异角烯，具有抗菌特性。

另外，甜罗勒根部分泌物中的迷迭香酸对铜绿假单胞菌具有抗菌活性。RDA表明根系分泌物化合物TY、ME和BIS与这些物种的丰度密切相关。

大多数在盐条件下丰度降低的微生物物种对盐离子的存在更敏感，尤其是SO42-和Ca2+。高盐度会增加微生物细胞周围水溶液的渗透压，从而产生毒性并限制微生物活性。

洋甘菊根系分泌物中存在的抗菌化合物和高浓度的某些盐离子似乎都有效地降低了某些敏感根系微生物的丰度。

另外，根部还可能分泌出促进根系微生物生长的刺激物质，包括糖类、氨基酸和芳香族化合物，例如莽草酸、奎宁酸、原儿茶酸、香草酸、乙酰丁香酮、没食子酸、儿茶酚和木犀草素。

许多这些化合物中存在的碳也可用作许多根系微生物的营养物。土壤离子含量、植物根系分泌物和根系微生物群落之间的关系似乎很复杂。

结论

盐条件导致根系微生物群落结构发生变化，但没有改变优势门的特性或丰度。洋甘菊的盐条件适应性可能与核心根系门的相对稳定性以及耐盐微生物的存在增加及其在盐条件下的相关生态功能有关。

细菌丰度主要受土壤离子含量的影响，尤其是SO42-、Ca2+、Na+和Mg2+。真菌丰度主要受某些根系分泌物化合物存在的影响，包括4-甲基苯甲酸甲酯、δ-硒烯和（−）4-甲基苯甲酸甲酯。

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