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冰川棘豆(Oxytropis glacialis)是青藏高原高寒草地生态系统的特有和广布种之一,属于棘豆属有毒疯草类植物,可在高寒退化草地或局部环境中能迅速形成优势或亚优势种,对高寒草地生态环境安全和高原地区畜牧业生产带来严重影响。本研究以青藏高原不同生态环境下冰川棘豆根际土壤微生物为研究对象,对土壤微生物进行高通量测序,分析冰川棘豆根际土壤微生物多样性和结构功能及其与环境因子关系研究,探讨根际土壤微生物对冰川棘豆在高寒生态系统中形成优势种可能的影响,得到结论如下:
1.青藏高原高寒草地向高寒荒漠的生态类型变化下,冰川棘豆根际土壤细菌多样性变化较大,组间差异显著,而真菌多样性变化较小,组间差异不显著;根际细菌多样性小于非根际细菌多样性,根际真菌多样性大于非根际真菌多样性。
2.细菌优势菌门为变形杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、绿弯菌门等,差异菌群为Nitrospinae、Entotheonellaeota、Latescibacteria等,不同生态类型下根际和非根际细菌共享菌属较多而特有属较少;真菌优势菌门为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门等,差异菌群为Monoblepharidales、Platygloeales、Pucciniomycetes等,不同生态类型下根际和非根际真菌共享菌属较少而特有属较多。
3.细菌的生态进化过程为决定性过程,真菌为随机性过程,真菌和细菌菌群整体协同作用>拮抗作用,细菌菌群比真菌菌群的相互联系更为紧密;细菌核心菌群为:Pseudomonas、Gaiellales、Gemmatimonadaceae等,真菌核心菌群为Mortierella、Gibberella、Didymella等。
4.根际和非根际土壤存在七株潜在产苦马豆素的真菌,OTU2517和OTU2118真菌只在根际真菌分布,而在非根际真菌无分布,同时,根际和非根际土壤存在潜在降解苦马豆素的细菌。
5.细菌多样性空间分布差异主要驱动因素是相对湿度、有机物、铵态氮和露点的影响,真菌多样性空间分布差异主要驱动因素是速效磷、相对湿度和露点,且环境因子对真菌功能影响明显大于对细菌功能的影响。
6.细菌和真菌功能基因预测显示,不同生态类型下微生物功能基因组成较为相似且丰富,如细菌的氨基酸转运代谢等COG功能基因家族和α、β水解酶等Pathway代谢通路;真菌的共生营养型等类型,但同时存在一些差显著异的功能基因,如酰基辅酶A脱氢酶、精氨酸和脯氨酸代谢、AnimalPathogen-PlantPathogen-UndefinedSaprotroph等存在极高显著差异(P<0.001)。
综上所述,本研究揭示了青藏高原冰川棘豆根际土壤微生物多样性和结构功能的变化规律,其核心菌群和功能表达稳定,细菌和真菌多样性空间变异的驱动因素不同且为多种环境因子共同驱动。并首次发现,冰川棘豆根际土壤微生物中同时存在潜在产苦马豆素真菌和降解细菌,为冰川棘豆产苦马豆素真菌的水平传播提供了有力证据,对冰川棘豆在青藏高原高寒生态系统中形成优势物种具有促进作用。
1.青藏高原高寒草地向高寒荒漠的生态类型变化下,冰川棘豆根际土壤细菌多样性变化较大,组间差异显著,而真菌多样性变化较小,组间差异不显著;根际细菌多样性小于非根际细菌多样性,根际真菌多样性大于非根际真菌多样性。
2.细菌优势菌门为变形杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、绿弯菌门等,差异菌群为Nitrospinae、Entotheonellaeota、Latescibacteria等,不同生态类型下根际和非根际细菌共享菌属较多而特有属较少;真菌优势菌门为子囊菌门、被孢霉门、担子菌门、壶菌门等,差异菌群为Monoblepharidales、Platygloeales、Pucciniomycetes等,不同生态类型下根际和非根际真菌共享菌属较少而特有属较多。
3.细菌的生态进化过程为决定性过程,真菌为随机性过程,真菌和细菌菌群整体协同作用>拮抗作用,细菌菌群比真菌菌群的相互联系更为紧密;细菌核心菌群为:Pseudomonas、Gaiellales、Gemmatimonadaceae等,真菌核心菌群为Mortierella、Gibberella、Didymella等。
4.根际和非根际土壤存在七株潜在产苦马豆素的真菌,OTU2517和OTU2118真菌只在根际真菌分布,而在非根际真菌无分布,同时,根际和非根际土壤存在潜在降解苦马豆素的细菌。
5.细菌多样性空间分布差异主要驱动因素是相对湿度、有机物、铵态氮和露点的影响,真菌多样性空间分布差异主要驱动因素是速效磷、相对湿度和露点,且环境因子对真菌功能影响明显大于对细菌功能的影响。
6.细菌和真菌功能基因预测显示,不同生态类型下微生物功能基因组成较为相似且丰富,如细菌的氨基酸转运代谢等COG功能基因家族和α、β水解酶等Pathway代谢通路;真菌的共生营养型等类型,但同时存在一些差显著异的功能基因,如酰基辅酶A脱氢酶、精氨酸和脯氨酸代谢、AnimalPathogen-PlantPathogen-UndefinedSaprotroph等存在极高显著差异(P<0.001)。
综上所述,本研究揭示了青藏高原冰川棘豆根际土壤微生物多样性和结构功能的变化规律,其核心菌群和功能表达稳定,细菌和真菌多样性空间变异的驱动因素不同且为多种环境因子共同驱动。并首次发现,冰川棘豆根际土壤微生物中同时存在潜在产苦马豆素真菌和降解细菌,为冰川棘豆产苦马豆素真菌的水平传播提供了有力证据,对冰川棘豆在青藏高原高寒生态系统中形成优势物种具有促进作用。