基于高通量测序的杨树人工林根际土壤真菌群落结构

研究不同根序细根根际土壤微生物群落组成结构对深入了解根系-微生物互作关系具有重要意义.本研究采用Illumina MiSeq测序平台,对杨树人工林非根际土壤和不同根序细根根际土壤的真菌群落结构进行分析.物种注释结果显示: 杨树1～2级根(R1)、3级根(R2)和4～5级(R3)根际及非根际土壤(NR)中分别包含128、124、130和101个真菌属,表明杨树根际存在对真菌群落构建的选择性机制.不同根序根际土壤中相对丰度>1%的真菌属有7个,木霉属在1～2级根根际土壤中丰度较高,毛孢子菌属和曲霉属分别是3级根和4～5级根根际土壤中丰度最高的真菌属.α多样性指数表明: 根际土壤真菌的多样性在不同根序间存在显著差异,低级根显著高于高级根(P<0.05).β多样性指数表明: 真菌群落随着序级的升高差异性不断上升,相似性不断降低.不同根序细根根际真菌群落的趋异化组成和结构与细根功能具有密切关系.     

杉木人工林土壤真菌遗传多样性

为探明杉木人工林土壤真菌遗传多样性及其与环境因子的关系,采用454测序技术对土壤真菌的遗传多样性进行了分析,测定了黄丰桥林场杉木人工林土壤真菌的遗传多样性与环境因子的相关性。试验结果表明:①不同代数、林龄的杉木人工林土壤理化性质及林下植被多样性均有显著差异。第1代杉木幼林林土壤肥力较高,有机质、全N、速效K的均值分别为88.02g/kg、2.56 g/kg、84.96 mg/kg均高于第2代和第3代杉木幼林林,速效N和含水量的均值分别为22.86 mg/kg和26.28%低于其他样地。杉木幼林林下植被多样性最为丰富。②通过454测序技术分析发现第1代杉木幼林真菌Ace丰富度指数、Chao丰富度指数及群落遗传多样性指数均大于第2代杉木幼林和第3代杉木幼林。杉木人工林土壤中粪壳菌纲(Sordariomycetes)真菌为优势种群。不同栽培代数杉木人工林的真菌群落存在差异,其中块菌科(Tuberaceae)为第2代和第3代杉木林特有真菌,而不同发育阶段的杉木人工林的真菌群落差异不明显。③经RDA分析,杉木人工林土壤主要真菌群落受含水量、有机质、速效P、速效K影响较大。土壤真菌群落遗传多样性Shannon-Wiener多样性指数与林下植被多样性、土壤全N显著正相关,土壤真菌Chao指数与土壤真菌Shannon-Wiener多样性指数、土壤全N含量显著正相关。本研究表明不同栽培代数杉木人工林的真菌群落存在差异,土壤真菌群落与环境因子之间具有相关性。     

枸杞根际土壤真菌群落多样性的高通量测序

【目的】为了解不同枸杞产区枸杞根际真菌多样性的差异,从枸杞根际土壤真菌群落的角度试图解释宁夏枸杞优良品质与其土壤微生物菌群的联系。【方法】采用Mi Seq高通量测序方法,分别将我国4个不同地区枸杞根际土壤样品进行ITS区的高通量测序,并分析了物种组成和丰度、Alpha多样性、Beta多样性和菌群结构,测定不同产区枸杞主要有效成分,同时对枸杞品质和其土壤理化因子及枸杞根际真菌种群多样性的相关性做了分析。【结果】多糖含量和甜菜碱含量均是中宁枸杞高于兴仁和精河,格尔木含量最低;宁夏兴仁、宁夏中宁、新疆精河3个地区菌群结构类似,子囊菌门和结合菌门占总菌群的80%左右,而青海格尔木除了子囊菌门占58%外,壶菌门和新丽鞭毛菌门远远高于其他3个地区,比例占总菌群的近25%;4个地区枸杞根际土壤真菌菌群结构相似性依次为宁夏兴仁、新疆精河、宁夏中宁、青海格尔木。【结论】枸杞根际土壤样品真菌物种组成丰富,不同地区枸杞根际土壤真菌种群结构有一定差异;枸杞主要有效成分含量与枸杞根际土壤真菌种群结构具有一定相关性。     

基于高通量测序考察甘肃黄芪种植区根际土壤微生物群落结构及多样性

采用高通量测序技术,考察分析甘肃6个不同黄芪种植区黄芪根际微生物菌群结构特征.结果表明,甘肃黄芪种植的六个地区其根际土壤细菌分属于31个门、97个纲、211个目、330个科、614个属、共1163个种,根际土壤真菌分属于13个门、46个纲、98个目、202个科、412个属、共656个种.细菌在门水平的群落结构特征主要为...     

吉林省辽源地区羊肚菌根际土壤真菌多样性及群落组成

为探究羊肚菌Morchella与不同土壤生长环境及土壤理化因子的关系,以吉林省辽源市的野生和栽培两种生境为样地,采集羊肚菌根际土壤样品为材料,通过Illumina MiSeq高通量测序技术,对羊肚菌土壤真菌群落结构和多样性进行研究,同时分析土壤理化因子对其真菌群落多样性及优势菌属的影响.通过Alpha多样性分析发现:与...     

泰山4种优势造林树种细根分解对细菌群落结构的影响

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

柏木低效林不同改造模式下细根分布特征

以四川省德阳市旌阳区低效柏木林改造8年后的3种模式(即:柏木+桤木+杂交竹模式(柏+竹+桤)、柏木+麻栎模式(柏+栎)、柏木+杂交竹模式(柏+竹))作为研究对象,柏木纯林作为对照,调查了柏木低效林不同改造模式的细根生物量。结果表明:不同改造模式与土层对细根生物量的影响非常显著(P0.01),柏+竹与柏+竹+桤模式细根生物量显著高于纯柏模式,柏+栎模式细根生物量最小。在不同改造模式中,柏木细根生物量在土壤层次上的分布也存在显著差异,柏+竹与柏+竹+桤模式中柏木细根生物量随着土层的加深呈上升趋势,而柏+栎模式中则随着土层的加深呈下降趋势,柏+栎模式中柏木死细根的比重明显高于其他模式。几种模式中,柏+竹+桤模式细根生物量分布相对稳定,而柏+栎模式的稳定性较差。     

杨树人工林根际古菌群落随细根生长的演变

研究细根不同生长时期根际土壤古菌群落组成结构差异,对深入了解林木细根与土壤微生物互作关系具有重要理论意义.依据细根表面颜色,采集杨树一级细根不同生长时期(白色新生根、黄色成熟根、褐色衰老根)根际土壤并提取微生物总DNA,采用特异性引物对古菌16S rDNA V4-V5区进行扩增,利用Illumina MiSeq平台进行古菌高通量测序分析.结果表明: 新生根和衰老根根际土壤古菌群落操作分类单元(OTU)丰富度相似,而成熟根根际土壤古菌群落OTU数量较少.新生根和成熟根根际土壤共同含有134个OTU;成熟根和衰老根根际土壤共同含有87个OTU,新生根和衰老根根际土壤共同拥有90个OTU.α多样性分析表明,成熟根根际土壤古菌群落Chao1指数和ACE指数显著低于新生根和衰老根根际土壤,而衰老根根际土壤古菌群落Simpson指数和Shannon指数显著低于新生根和成熟根根际土壤.PERMANOVA分析表明,新生根和衰老根根际土壤古菌群落组成有显著差异.物种注释显示,杨树根际土壤共包含12个古菌属,其中新生根5个、成熟根10个、衰老根6个.β多样性指数表明,杨树根际土壤古菌群落相似度随着细根的生长逐渐下降,不同生长阶段细根根际土壤的古菌群落结构有较大差异.其中,占绝对优势的古菌为氨氧化古菌Candidatus_Nitrososphaera,其相对丰度超过70%.且随细根生长发育,该类古菌在根际土壤中的丰度呈现上升趋势,表明其可能与细根的生长发育关系密切.     

南亚热带乡土树种与桉树人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的比较

营造乡土树种人工林和桉树人工林是我国南亚热带森林经营的常见模式。为探究土壤真菌群落多样性及功能对乡土树种和桉树人工林的响应特征与机制,该研究以南亚热带4个乡土树种人工林[马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)、米老排(Mytilaria laosensis)、红锥(Castanopsis hystrix)]和外来树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla × E. grandis)人工林为对象,基于各林分土壤(0～20 cm)真菌18S rRNA高通量测序数据,利用FUNGuild数据库,比较分析乡土树种与尾巨桉人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的差异特性及影响的主导土壤环境因子。结果表明:(1)5个研究林分的土壤真菌优势门均为子囊菌门和担子菌门,但不同乡土树种林分与尾巨桉林的土壤真菌优势目存在差异。(2)尾巨桉林土壤真菌群落α多样性高于乡土树种人工林,其群落组成结构也与乡土树种人工林存在显著差异(P<0.05)。(3)4个乡土树种人工林土壤的腐生营养型的相对丰度高于尾巨桉林,并且火力楠林和米老排林土壤丛枝菌根真菌的相对丰度明显高于尾巨桉林,尾巨桉林土壤共生营养型以及外生菌根真菌和木材腐生菌的相对丰度明显高于乡土树种人工林。(4)pH是导致尾巨桉林与乡土树种人工林土壤真菌群落多样性和功能类群差异的主要土壤环境因子。综上认为,在南亚热带地区将尾巨桉林改建成火力楠林或米老排林可提高土壤养分水平,提升土壤生态功能。     

纳米银对潮土玉米根际真菌群落结构和多样性的影响

根际真菌是土壤生态系统的重要组成部分,本研究采用土壤盆栽方法,以纳米银(silver nanoparticles,Ag NPs)为研究对象,利用Illumina高通量测序技术对不同Ag NPs施加水平下(0.025、0.25、2.5mg/kg)潮土玉米根际真菌群落结构进行分析。结果表明,潮土玉米根际土壤真菌群落主要由子囊菌门Ascomycota、担子菌门Basidiomycota、芽枝菌门Blastodimycota、壶菌门Chytridiomycota、球囊菌门Glomeromycota和接合菌门Zygomycota等组成,其中以子囊菌门真菌为优势类群。Ag NPs在2.5mg/kg施加水平下显著降低了(P0.05)玉米根际土壤溶解性有机碳(DOC)含量,改变了根际土壤真菌群落结构,使真菌群落结构发生显著分异(P0.05),主要表现为降低了根霉菌属Rhizopus、镰刀菌属Fusarium、被孢霉属Mortierella等的相对丰度。相关性分析表明土壤DOC含量的变化与Ag NPs处理下根际土壤真菌群落结构分异存在显著的(P0.05)相关性。     

羊肚菌白霉病发生对土壤真菌群落结构的影响

【目的】了解羊肚菌白霉病发生对土壤真菌群落结构的影响。【方法】采用Illumina Mi Seq高通量测序技术,对未栽培羊肚菌土壤、正常生长羊肚菌和染白霉病羊肚菌根际土真菌群落结构进行研究。【结果】9个样品共得到393 347条有效序列。未栽培羊肚菌土壤真菌多样性指数和丰度显著大于羊肚菌根际土,染病羊肚菌根际真菌丰度和多样性大于正常生长的羊肚菌,各样品的群落组成和优势类群有较大差异。【结论】羊肚菌栽培后真菌多样性降低,白霉病发生后根际真菌种类增多,土壤真菌群落结构发生变化,优势真菌类群也产生了较大变化。     

Effects of fine root decomposition on bacterial community structure of four dominated tree species in Mount Taishan,China

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

林窗面积对香椿生长及光合生理特性的影响

研究了川中丘陵区柏木人工林内人造林窗面积[50 m2(Ⅰ),100 m2(Ⅱ)和200 m2(Ⅲ),旷地(CK)]对香椿生长、光合特性及相关生理特征的影响。结果表明:林窗面积对香椿的树高、地径和冠面积影响显著,以林窗Ⅱ最大,CK最小;随着林窗面积的增加,香椿的日均净光合速率增加,但午时的净光合速率初始量子效率、近光饱和点、最大净光合速率、光氮利用率、光能利用效率都显著降低,光合能力下降;香椿的叶绿素a/b、叶片厚度、比叶鲜重、比叶干重、单位面积叶氮含量、丙二醛、超氧化物歧化酶及可溶性蛋白含量随着林窗面积的增加而增加,而叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都降低,表明香椿对因林窗面积变化而导致的光强改变有较强的适应性,这在一定程度上促进了生长及光合能力的差异;旷地内香椿的"光合午休"及林窗内日均Pn的降低可归因于非气孔因素限制。说明香椿对生境的变化适应性较强,而且100 m2的林窗在其形成初期能有效促进香椿维持较高的生产力和光合能力。     

马尾松人工林林窗内凋落叶微生物生物量碳和氮的动态变化

目前,人工林普遍存在土壤退化、生物多样性降低等生态问题.人工抚育间伐,营造混交林是人们经营和管理人工林的主要方式之一.为了了解这种经营方式对人工林生态系统中养分循环的影响,本文研究了位于长江上游低山丘陵区的42年生马尾松人工林7种林窗(G₁: 100 m²、G₂: 225 m²、G₃: 400 m²、G₄: 625 m²、G₅: 900 m²、G₆: 1225 m²、G₇: 1600 m²)中马尾松和红椿凋落叶分解过程中微生物生物量碳和氮的动态变化.结果表明: 中小型林窗(G₁～G₅)有利于凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)和生物量氮(MBN)的增加.马尾松凋落叶中的MBC和MBN以及红椿凋落叶中的MBN,在分解期(360 d)内呈现出先增加后降低的变化,在180 d时三者达到最大值,其最高含量分别达到9.87、0.22和0.80 g·kg^-1.而红椿凋落叶中的MBC在分解90 d时即达到最大值44.40 g·kg^-1.红椿凋落叶中的MBC和MBN显著高于马尾松凋落叶.凋落叶中的微生物生物量碳和氮与日均温和凋落物的含水率显著相关,与凋落物的特性也密切相关.这说明对人工林进行抚育间伐时可将林窗控制在100～900 m²的范围内,有利于凋落叶分解过程中微生物生物量碳和氮的增加,加快凋落叶的分解,提高人工林林地的土壤肥力.     

城乡不同绿地中毛白杨土壤及根系真菌群落结构研究

土壤微生物在土壤养分循环和能量流动等生物过程中起着重要的作用,并且能敏感地响应环境条件的变化。本研究以天津市宝坻区毛白杨Populus tomentosa为研究对象,探究3种不同环境条件(社区绿地CG、公园绿地PG和高速公路旁绿地HG)对毛白杨土壤和根系真菌群落结构的影响。研究结果表明,3个绿地间土壤真菌Shannon多样性指数存在显著差异(HG>CG>PG);但根系真菌Shannon多样性指数无显著差异;此外,不同环境条件对真菌群落的组成起着重要作用。毛白杨土壤和根系真菌群落组成主要为丝盖伞属Inocybe、地孔块菌属Geopora、被孢霉属Mortierella、棉革菌属Tomentella、蓝状菌属Talaromyces、块菌属Tuber、层腹菌属Hymenogaster、链格孢属Alternaria、革菌属Thelephora、克努夫菌属Knufia和桩菇菌属Paxillus等,且差异分析表明丝盖伞属Inocybe、棉革菌属Tomentella和地孔块菌属Geopora的相对多度在3个样地中差异显著。比较分析土壤和根系样品发现土壤真菌群落α多样性显著高于根系真菌群落,两部位的真菌群落结构存在显著差异,块菌属Tuber的相对多度在根系样品中显著高于土壤样品。真菌群落功能预测表明腐生功能类群在不同环境条件下和不同部位间均存在显著差异。研究结果阐述了环境变化对土壤微生物群落中真菌组的影响,为森林生态系统的保护和林地可持续发展提供重要理论依据。     

Late Quaternary climate change explains soil fungal community composition rather than fungal richness in forest ecosystems

The dramatic climate fluctuations of the late Quaternary have influenced the diversity and composition of macroorganism communities, but how they structure belowground microbial communities is less well known. Fungi constitute an important component of soil microorganism communities. They play an important role in biodiversity maintenance, community assembly, and ecosystem functioning, and differ from many macroorganisms in many traits. Here, we examined soil fungal communities in Chinese temperate, subtropical, and tropic forests using Illumina MiSeq sequencing of the fungal ITS1 region. The relative effect of late Quaternary climate change and contemporary environment (plant, soil, current climate, and geographic distance) on the soil fungal community was analyzed. The richness of the total fungal community, along with saprotrophic, ectomycorrhizal (EM), and pathogenic fungal communities, was influenced primarily by the contemporary environment (plant and/or soil) but not by late Quaternary climate change. Late Quaternary climate change acted in concert with the contemporary environment to shape total, saprotrophic, EM, and pathogenic fungal community compositions and with a stronger effect in temperate forest than in tropic–subtropical forest ecosystems. Some contemporary environmental factors influencing total, saprotrophic, EM, and pathogenic fungal communities in temperate and tropic–subtropical forests were different. We demonstrate that late Quaternary climate change can help to explain current soil fungal community composition and argue that climatic legacies can help to predict soil fungal responses to climate change.