OTU有绝对丰度的特性,添加黏细菌对土壤真菌群落组成有何影响

OTU有绝对丰度的特性,添加黏细菌对土壤真菌群落组成有何影响阅读文章前,辛苦您点下右上角的“关注”,方便您讨论分享,持续关注每日优质内容~β多样性基于OTU的绝对丰度,对土壤中真菌群落进行PCoA分析。P

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β多样性

基于OTU的绝对丰度,对土壤中真菌群落进行PCoA分析。

PCoA1的解释量为42.57%,PCoA2的解释量为22.2%,2个坐标轴共解释了64.77%的信息。

PCoA2可以很好地将CK与BS、BF分开,CK全部在PCoA2 = 0的上方,BS和BF都在PCoA2 = 0的下方。

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真菌群落OTU主坐标分析(PCoA)图

使用CK的OTU丰度作为对照,统计BF与CK和BS与CK中丰度显著变化的OTU。

在BF处理组中,有25个(1.93%)OTU丰度显著上调,4个(0.31%)显著下调;BS处理中,有49个(3.67%)OTU丰度显著上调,25个(1.87%)显著下调。

BS较BF处理的OTU变化更显著,表明单独添加BS菌剂较添加菌肥处理对OTU影响更大。

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不同处理OTU上调和下调丰度差异散点图

每个点代表一个单独的OTU,沿y轴的位置代表与CK相比丰度倍数的变化。

红色点表示OTU丰度显著增加,蓝色点表示OTU丰度显著降低,数字代表上调或下调的OTU总数。

添加黏细菌对土壤真菌群落组成的影响

以相对丰度从高到低对样品中的真菌门进行排序,相对丰度排前10的真菌门的统计结果。

在3个处理中,相对丰度排前10的真菌门的真菌丰度占总真菌数的58.20%~75.54%。

子囊菌门(Ascomycota)在各个处理组中的相对丰度均最高,其在CK中的相对丰度最高(53.22%),在BS处理中的相对丰度为43.37%,BF处理最低(40.94%)。

被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度仅次于子囊菌门(Ascomycota),在所有处理组中,其平均相对丰度为18.10%。

与CK相比,BS和BF处理中的球囊菌门(Glomeromycota)的相对丰度降低。

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以相对丰度排名前10的真菌属为优势属,绘制真菌优势属统计结果。

真菌优势属结构在不同处理间存在差异。

CK处理中的优势属相对丰度之和为41.53%,高于其他2个处理组(BS:29.43%,BF:27.16%)。

链格孢属(Alternaria)、腐质霉属(Humicola)和被孢霉属(Mortierella)在CK中的相对丰度分别为23.67%、10.19%和4.64%,高于BS(10.07%、5.04%和1.27%)和BF(2.96%、5.95%和4.20%)处理组。

其中,茎点霉属(Phoma)和绿核菌属(Ustilaginoidea)的相对丰度在BF处理组中的相对丰度最高(0.74%、1.05%),BS次之(0.16%、0.53%),在CK中的相对丰度最低(0.04%、0.15%)。

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不同处理真菌优势门(A)和属(B)相对丰度

不同处理下真菌群落结构差异性分析

通过线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)方法分析多级物种的差异,以期发现CK、BS和BF中差异显著物种,结合LDA效应值(linear discriminant analysis effect sizes,LEfSe)与P值比较各组中真菌物种丰度对差异效果影响大小,筛选出差异物种(LDA score ≥ 2.0,P < 0.05)。

在CK中,发生显著变化的真菌差异物种有7个,分别来源于双担菌纲(Geminibasidiomycetes)、Geminibasidiales、陆生壶菌科(Terramycetaceae)、Geminibasidiaceae、丛孢菌属(Arthrobotrys)、Boothiomyces和双子担子菌属(Geminibasidium),差异物种相对丰度总占比为0.42%;在BS处理中发生显著变化的真菌差异物种有5个,分别来源于银耳科(Tremellaceae)、Helotiales_fam_Incertae_sedis、赤霉菌属(Gibberella)、隐球菌属(Cryptococcus)和Apiotrichum,差异物种相对丰度总占比为0.15%;在BF处理中,发生显著变化的真菌差异物种有8个,分别来源于葡萄座腔菌目(Botryosphaeriales)、银耳目(Tremellales)、葡萄座腔菌科(Botryosphaeriaceae)、生赤壳科(Bionectriaceae)、Hypocreales_fam_Incertae_sedis、螺旋聚孢霉属(Clonostachys)、绿核菌属(Ustilaginoidea)以及葡萄座腔菌科中未被鉴定的属,差异物种相对丰度总占比为4.47%。

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不同处理中真菌LEfSe进化分支图(A)和LDA值柱状分布图(B)

添加黏细菌后土壤真菌群落组装机制

βNTI能够明确微生物群落变化受确定性或随机性因素影响的大小。

大部分真菌OTU都存在于|βNTI| < 2的范围内,说明了真菌群落组装过程是以随机性过程为主导。

其中,CK的随机性过程占62.96%,BS处理中随机性过程占66.67%,BF处理中随机性过程比70.73%。

在加入黏细菌之后,确定性过程的比例逐渐减小,随机性过程的比例逐渐增加。

为进一步深入探究群落组装机制,计算RCbray的值。

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随机性过程的扩散限制对群落组装的贡献最大,其在CK、BS和BF处理中依次增加,分别是51.85%、55.56%和62.96%。

确定性过程中的同质选择在CK、BS和BF中依次降低,分别是18.52%、11.11%和7.41%。随机性过程中的未主导过程也依次降低。

总体而言,添加菌剂增加真菌群落组装中扩散限制的比例,而添加菌肥则进一步增加了扩散限制的占比。

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不同处理中土壤真菌群落的βNTI数值(A)和不同生态过程对真菌群落构建的贡献(B)

微生物是土壤养分转化和循环的动力,调控着土壤能量流动和养分循环过程,因此在土壤中增加具有特殊功能的微生物制剂能够改变土壤中营养元素的活性状态,改善土壤营养状况,进而调控土壤微生物群落结构。

本试验将黏细菌Myxococcus sp. BS制备为微生物菌剂(BS)和菌肥(BF)分别添加到土壤中,发现土壤中真菌OTU数量和Chao1指数都呈下降趋势,而Shannon指数升高,表明真菌丰富度降低,但多样性和均匀度升高,这与刘海洋等在棉田土壤中施用微生物菌剂的研究结果相似。

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黏细菌具有广谱性捕食真菌的能力,黏细菌菌剂或菌肥施入烟草-水稻轮作的土壤中,可能对土壤中某些真菌(如本试验中的链格孢菌)产生优先捕食作用,造成真菌种类减少,呈现Chao1指数下降和Shannon指数升高的变化特征。

本试验中,BF比BS对微生物群落组成的影响更大,具体表现为Chao1指数从大到小的处理依次为:CK、BS、BF,Shannon指数从大到小的处理依次为:BF、BS、CK,上述结果表明以黏细菌配施有机肥会增强黏细菌的捕食作用,这可能是因为菌肥为黏细菌的生长提供了更多营养,而黏细菌的“狼群捕食”策略[28]需要捕食性细菌达到足够的细菌密度。

大量研究表明,向土壤中添加微生物菌剂会改变原始的微生物群落组成,从而达到有效控制土传真菌病害的发生、提高作物的产量和品质,以及改善土壤的微生物环境等目的。

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本研究发现,添加黏细菌后链格孢属(Alternaria)的相对丰度降低。

链格孢属(Alternaria)真菌是一种寄主范围广泛的植物病原菌,可造成多种作物的严重病害。

Li等的研究表明,由于黏细菌分泌的β-1,6-葡聚糖酶可以水解真菌细胞壁,添加黏细菌会使稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)的相对丰度降低。

同样,链格孢属相对丰度降低极有可能是黏细菌的专性捕食作用引起的。

阐明群落组装的机制是微生物生态学的一个关键主题。

外源添加菌剂/菌肥可能会改变微生物群落的组装机制,不同的添加物可能会使微生物群落组装向着不同的方向发展,而量化确定性和随机性过程对群落组装的影响至关重要。

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本研究中的群落组装过程分析表明,CK、BS和BF都是以随机性过程为主导且占比逐渐增大,扩散限制贡献最大,这与Jiao等的研究结果类似。

Xun等研究了微生物α多样性对微生物群落组装的随机性/确定性过程的影响,表明在高的微生物多样性条件下群落随机性组装过程占据主导地位;Zhang等在研究长期保护性耕作的玉米-小麦轮作土壤中真菌群落的响应时,常规耕作处理组的Chao1多样性指数最高、Shannon多样性指数最低,其群落组装过程由随机性过程主导。

表明黏细菌添加会使烟稻轮作土壤中真菌群落的组装过程更加随机,同时以有机肥配施黏细菌菌剂较单一菌剂施用具有更好的生防效果。

Guo X Y, Zhang L, Zhu J B, et al. Christolea crassifolia HARDY gene enhances drought stress tolerance in transgenic tomato plants[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 2017, 129(3):469-481.

Bissett A, Richardson A E, Baker G, et al. Long-term land use effects on soil microbial community structure and function[J]. Applied Soil Ecology, 2011, 51: 66-78.

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