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热带山地雨林木本豆科和樟科植物叶内生细菌群落: 物种与功能群多样性及驱动因子
生物多样性
2023, 31 (8):
23146-.
DOI: 10.17520/biods.2023146
揭示热带木本豆科与樟科植物的叶内生细菌群落的物种与代谢功能群组成差异及其驱动因子有助于理解热带森林的植物适应性和生物多样性维持机制。本研究采用Illumina Miseq测序平台检测海南尖峰岭热带山地雨林中豆科与樟科植物叶内生细菌, 并采用FAPROTAX微生物地球化学循环代谢功能数据库注解内生细菌功能。从豆科植物的长脐红豆(Ormosia balansae)、软荚红豆(O. semicastrata)与樟科植物的厚壳桂(Cryptocarya chinensis)、硬壳桂(C. chingii)共4种植物检测到叶内生细菌可操作分类单元(operational taxonomic units, OTUs)达1,123个, 隶属于21门36纲51目92科160属, 其中有600个OTUs被鉴定为变形菌门, 72个OTUs为酸杆菌门, 分别占总细菌序列数的57.17%和15.12%; 噬纤维菌目的薄层菌属(Hymenobacter)及根瘤菌目的甲基杆菌属(Methylobacterium)的细菌物种最丰富, 分别达37和27个OTUs。叶内生细菌物种组成在豆科与樟科植物之间存在显著差异(ANOSIM: R = 0.5792, P = 0.004)。基于群落非参数性检验的环境向量拟合分析(environmental vector fitting, Envfit)结果表明, 对叶内生细菌群落物种组成影响最大的是叶全钾含量(leaf potassium content, LKC)与比叶面积(specific leaf area, SLA)。有明确分类信息且功能已注释的叶内生细菌OTUs占总OTU数的54.63%, 涉及28类代谢功能群, 其中固氮功能群、好氧化能异养功能群、纤维素分解功能群、甲醇氧化功能群、甲烷氧化功能群、尿素分解功能群等6类功能群的相对多度在非豆科的厚壳桂属(Cryptocarya)显著高于豆科的红豆属(Ormosia)植物。非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling, NMDS)结果表明, 细菌代谢功能群主要受SLA和叶全磷含量(leaf phosphorus content, LPC)影响。尖峰岭热带山地雨林非豆科植物叶内生细菌群落中相对多度较高的碳、氮代谢功能群可能是其对低有效养分的土壤环境的适应性机制之一。  View image in article
图1
4种豆科与樟科植物叶内生细菌多样性比较。A: 各门内生细菌物种数(左柱)与序列数百分比(右柱); B: 叶内生细菌物种数; C: Shannon-Wiener指数)。
正文中引用本图/表的段落
从海南尖峰岭热带山地雨林大样地的樟科与豆科共14株植物的叶组织检测到758,918条序列, 每植株的reads数介于34,293-88,140之间, 豆科植物平均reads数为49,782 ± 5,146, 樟科植物为58,634 ± 6,912 (附录1)。物种累积曲线表明, 在该测序深度下, 豆科与樟科植物增加OTUs数的趋势随着reads数的增加而逐渐平缓(附录2)。按最低reads值(34,293)将每植株reads数稀释后, 每植物的OTUs数介于202-630, 在相同测序深度下, 樟科植物的OTUs数要高于豆科植物(附录3)。经16S数据库比对后有20,953条序列被鉴定为细菌序列, 被划分为1,123个OTUs, 涉及21门36纲51目92科160属。reads数超过1%的细菌类群为变形菌门(57.17%), 共包含600个OTUs, 其在厚壳桂、硬壳桂、长脐红豆和软荚红豆中的reads数分别达73.45%、53.77%、40.49%和47.87%; 其次为酸杆菌门(15.12%), 共包含72个OTUs, 其在厚壳桂、硬壳桂、长脐红豆和软荚红豆中分别达5.37%、23.12%、4.61%和4.60%。疣微菌门(5.85%)、放线菌门(3.24%)和拟杆菌门(2.12%)在樟科植物所占的比列高于豆科植物, 而浮霉菌门(4.62%)呈现的规律与之相反, 即在豆科植物所占比例较高。此外, 绿弯菌门序列数在长脐红豆植物占比最高为3.92%, 在其余植物占比则较低(0.08%-0.33%); 厚壁菌门序列数在软荚红豆中所占的比例较高(2.28%), 而在非豆科植物中所占比例较低(0.06%-0.72%) (图1A)。樟科植物的叶内生细菌物种数(206-548种)与Shannon-Wiener多样性指数(4.40-5.27)均高于豆科植物(80-210种, 2.82-4.49) (图1B, C)。
本文的其它图/表
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