Variation of Bacterial Community Structure in Gardenia jasminoides Rhizosphere at Different Growth Stages
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摘要: 以三年生栀子(Gardenia jasminoides Ellis)的根际土壤为研究对象,分析了栀子不同生育期根际细菌群落结构的动态变化,以期为栀子的高产栽培提供科学依据。高通量测序结果显示,栀子各生育期土壤细菌多样性呈先升高后降低的趋势,在果实膨大期多样性最丰富;且每个生育期根际细菌群落的优势菌属不同,花蕾期的优势菌属为芽单孢菌属(Gemmatimonas),盛花期为c_Subgroup_6,果实膨大期为藓杆菌属(Bryobacter),盛果期为Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia。此外,通过UPGMA聚类分析可将四组样品聚为两类,花蕾期和盛花期聚为一类,果实膨大期与盛果期聚为另一类。同时,冗余分析(RDA)结果表明:不同土壤环境因子对栀子根际细菌群落组成的影响不同,芽单孢菌属、Candidatus_Solibacter、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)及藓杆菌属的相对丰度与土壤pH、碱解氮、速效钾含量及酸性磷酸酶、酸性蛋白酶活性呈显著正相关。综合分析表明,栀子根际土壤养分、酶活性及根际细菌组成均随生育期而发生波动,生产中可根据各指标变化规律进行有效调控,为栀子高产栽培提供参考。Abstract: The variation of bacterial community composition in the rhizosphere soil of three-year-old Gardenia jasminoides at different growth stages was analyzed, aiming to provide a scientific basis for the cultivation of high-yield Gardenia J. The results of high-throughput sequencing showed that the bacterial community structure in the rhizosphere soil of Gardenia J. was different among growth periods. The dominant bacterial genus at the flower bud period was Gemmatimonas, was c_Subgroup_6 at the flowering period, but it was Bryobacter at the fruit expansion period and Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia in the fruiting period. The UPGMA cluster analysis showed that the bacterial community structure in the rhizosphere soil was similar between the flower bud stage and the full bloom stage, while it was similar between the fruit expansion stage and the full fruit stage. RDA analysis results showed that different soil environmental factors had different effects on the composition of bacterial community in the rhizosphere soil. The relative abundances of Gemmatimonadaceae, Candidatus_Solibacter, Sphingomonas and Bryobacter were significantly and positively correlated with pH, alkali-hydrolyzale nitrogen, available potassium, acid phosphatase and acid protease. Consequently, nutrients, enzyme activities, and bacteria community composition in the rhizosphere soil was dynamically changed with growth periods.
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表 1 栀子不同生育期根际土壤pH值和养分含量变化
Table 1. The pH value and nutrient contents in the rhizosphere soil of Gardenia J. at different growth stages(
$\bar x \pm s $ ,n = 3)生育期
Growth periodpH
(水土比 = 2.5∶1)有机质(g kg−1)
Organic matter碱解氮(mg kg−1)
Alkaline nitrogen有效磷(mg kg−1)
Available phosphorus速效钾(mg kg−1)
Available potassium花蕾期(A1) 5.10 ± 0.13 a 31.53 ± 0.62 a 89.9 ± 1.73 a 18.28 a 396.79 ± 22.68 a 盛花期(A2) 4.86 ± 0.33 a 28.86 ± 2.17 a 92.3 ± 3.11 a 16.19 a 364.84 ± 13.85 b 果实膨大期(A3) 4.85 ± 0.36 a 28.16 ± 2.13 a 81.6 ± 1.55 b 13.49 a 273.33 ± 10.60 c 盛果期(A4) 4.94 ± 0.27 a 28.17 ± 2.57 a 86.4 ± 3.22 a 12.83 a 256.52 ± 16.46 bc 注:同列不同小写字母表示不同样品之间差异显著(P < 0.05)。 表 2 栀子不同生育期根际土壤酶活性
Table 2. Enzyme activities in the rhizosphere soil of Gardenia J. at different growth stages
生育期
Growth period脲酶(μg d−1 g−1)
Urease蔗糖酶(mg d−1 g−1)
Sucrase酸性磷酸酶(nmol h−1 g−1)
Acid phosphatase过氧化氢酶(umol h−1 g−1)
Catalase酸性蛋白酶(μg h−1 g−1)
Acid protease花蕾期(A1) 560.49 ± 17.38 b 98.21 ± 1.44 a 987.03 ± 63.59 a 106.38 ± 5.03 d 67.51 ± 0.91 a 盛花期(A2) 437.99 ± 8.38 c 90.34 ± 0.81 b 554.71 ± 22.08 c 145.44 ± 1.73 c 58.67 ± 0.90 b 果实膨大期(A3) 1344.63 ± 37.96 a 70.31 ± 0.64 c 601.66 ± 5.08 c 210.94 ± 2.55 b 51.84 ± 1.06 d 盛果期(A4) 1328.09 ± 26.13 a 35.12 ± 0.58 d 677.79 ± 15.09 b 256.92 ± 11.17 a 55.01 ± 2.58 c 注:同列不同小写字母表示不同样品分组之间差异显著(P < 0.05)。 表 3 各组样品OTU数目及多样性指数
Table 3. Comparison of the estimated operational taxonomic unit(OTU)and diversity indices of the test samples
生育期
Growth periodOTU数目
OTU number多样性指数
Diversity index丰度指数
Abundance index覆盖率
CoverageShannon Simpson Chao 1 Ace 花蕾期(A1) 2141b 5.76 a 0.0133 a 2556.84 b 2554.35 a 0.9879 a 盛花期(A2) 2459 ab 6.19 a 0.0079 a 2848.07 ab 2825.98 a 0.9886 a 果实膨大期(A3) 2644a 6.42 a 0.0054 a 2911.34 ab 2829.15 a 0.9910 a 盛果期(A4) 2454 ab 5.81 a 0.0188 a 3126.14 a 3047.23 a 0.9912 a 注:同列不同小写字母表示不同样品之间差异显著(P < 0.05)。 表 4 土壤细菌多样性指数与土壤环境因子之间的相关性
Table 4. Spearman correlation coefficients between soil bacterial diversity indices and soil environmental factors
多样性指数
Diversity
indexpH 有机质
Organic
matter碱解氮
Alkaline
nitrogen有效磷
Available
phosphorus速效钾
Available
potassium脲酶
Urease蔗糖酶
Sucrase酸性磷酸酶
Acid
phosphatase过氧化氢酶
Catalase酸性蛋白酶
Acid
proteaseShannon指数 −0.182 −0.217 −0.35 −0.179 −0.448 0.119 −0.154 −0.580* 0.182 −0.538 Simpson指数 0.438 0.385 0.35 0.004 0.517 −0.224 0.112 0.636* −0.182 0.531 ACE指数 −0.238 −0.469 −0.056 −0.703* −0.399 0.273 −0.699* −0.42 0.727** −0.594* Chao1指数 −0.368 −0.580* −0.34 −0.752** −0.678* 0.636* −0.867** −0.35 0.902** −0.853** 注:*:相关达显著水平(P < 0.05);**:相关达极显著水平(P < 0.01)。 -
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