南方果園蟻巢土壤微生物群落結(jié)構特征分析

肖健 孫妍 陳思宇 任奎瑜 楊尚東 唐小付

摘要：【目的】探究南方果園蟻巢土壤中特有的微生物資源及其功能，為探尋功能微生物資源及南方果園土壤的生態(tài)管理提供理論依據(jù)和技術支撐?！痉椒ā恳阅戏嚼笾@中日本弓背蟻（Camponotus japonicus）的蟻巢土壤和非蟻巢土壤為研究對象，采用高通量測序技術，分析蟻巢和非蟻巢土壤微生物群落的結(jié)構特征?！窘Y(jié)果】螞蟻筑巢雖然對果園土壤微生物多樣性及豐富度無顯著影響（P>0.05），但明顯改變了果園土壤中細菌和真菌群落的組成與占比。藍細菌門（Cyanobacteria）和WPS-2細菌是蟻巢土壤特有的優(yōu)勢細菌門，但缺失了芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和疣微菌門（Verrucomicrobia）等非蟻巢土壤中擁有的優(yōu)勢細菌門類;同時，與非蟻巢土壤相比，蟻巢土壤中變形桿菌門（Proteobacteria）和酸桿菌門（Acidobacteria）細菌豐度占比下降，放線菌門（Actinobacteria）和綠彎菌門（Chloroflexi）細菌豐度占比提高。蟻巢土壤雖然擁有與非蟻巢土壤完全一致的門類水平真菌群落組成，均由子囊菌門（Ascomycota）、擔子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和unclassified_k__Fungi門組成，但優(yōu)勢菌門組成豐度占比發(fā)生變化，其中，蟻巢土壤中被孢霉門真菌豐度占比下降，而unclassified_k__Fungi門真菌豐度占比增加。Conexibacter、unclassified_f__Ktedonobacteraceae、norank_o__B12-WMSP1、norank_p__WPS-2、norank_o__ Chloroplast、分枝桿菌屬（Mycobacterium）、 FCPS473、 鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、 norank_f__JG30-KF-CM45、 間孢囊菌屬（unclassified_f__Intrasporangiaceae）和中華單胞菌屬（Sinomonas）是蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢細菌屬;瘦臍菇屬（Rickenella）、節(jié)叢孢屬（Arthrobotrys）、梨孢霉屬（Coniosporium）、unclassified_c__Eurotiomycetes、粗糙孔菌屬（Trechispora）、 unclassified_o__Pezizales、unclassified_o__Pleosporales、Xepicula、莖點霉屬（Phoma）和曲霉屬（Aspergillus）是蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢真菌屬?！窘Y(jié)論】蟻巢土壤中蘊含著豐富的具有分泌抗生素和生物修復功能的微生物資源，是一個潛在的生物資源寶藏。

關鍵詞： 蟻巢;果園土壤;微生物群落結(jié)構;高通量測序

Abstract：【Objective】To explore the specific microorganisms and theirfunctionsin ant nests inorchards insouthern China，and provide the theoretical basis for seraching fuctional microorganism resourcesandsoil ecological management in orchards in southern China. 【Method】Soil samples， which collected from ant nests（AN） of Camponotus japonicus and non-ant nests（CK） inlychee garden in southern China， their characteristics of microbial community structures were analyzed using high-throughput sequencing technology. 【Result】Even though the microbial diversity and richness in soils of ant nests were not significantly affected by ant nest formation（P>0.05）， the composition and proportion of bacteria and fungi in soils of ant nests were changed. Cyanobacteria and WPS-2 were the unique dominant bacterial phyla in soils of ant nests; by contrast， Gemmatimonadetes， Bacteroidetes and Verrucomicrobia were the specific dominant phyla in soils of non-ant nests. Moreover， compared to the non-ant nest， the proportions of soil bacteria at phylum level， such as Proteobacteria and Acidobacteria decreased， but Actinobac teria and Chloroflexi increased in soils of ant nests. In addition， the composition of fungi at phylum level was the samein soils between ant nests and non-ant nests， they were all formed with Ascomycota， Basidiomycota， Mortierellomycota and unclassified_k__Fungi. However， their proportions and abundances were changed in soils of ant nests which compared to non-ant nests. For example， compared to the soils of non-ant nests， the percentages of Mortierellomy cota decreased， but the unclassified_k__Fungi increased at phylum level in soils of ant nests. Meanwhile，Conexibacter，unclassified_f__Ktedonobacteraceae， norank_o__B12-WMSP1， norank_p__ WPS-2，norank_o__Chloroplast， Mycobacterium，F(xiàn)CPS473， Sphingomonas， norank_f__JG30-KF-CM45， unclassified_f__Intrasporangiaceae and Sinomonas were the unique dominant bacteria， and Rickenella， Arthrobotrys， Coniosporium， unclassified_c__Eurotiomycetes， Trechispora， unclassified_o__Pezizales， unclassified_o__Pleosporales， Xepicula， Phoma， Aspergillus were the specific dominant fungi in soils of ant nests at genus level， respectively. 【Conclusion】The abundant resources of benefit microorganisms， which have the functions of excretion of antibiotics and bio-remediation all can be found and accumulated in soils of ant nests. It suggests that the soil of ant nests is a potential treasure of biological resources.

Key words： ant nest;? orchardsoil; microbial community structure; high throughput sequencing

0 引言

【研究意義】螞蟻作為地球上重要的土壤無脊椎動物，幾乎占據(jù)25%的陸地表面（Bottinelli et al.，2015）。據(jù)統(tǒng)計，全球已知約9500種螞蟻，仍有2萬種螞蟻未知（Sasitorn et al.，2014）。螞蟻被譽為“生態(tài)系統(tǒng)工程師”，影響著土壤中物質(zhì)循環(huán)和能量流通，具有調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能（Drik and Frank，2011;張雪慧等，2020）。螞蟻的筑巢建穴亦會改變土壤理化性質(zhì)、微氣候條件、元素配比及微生物群落（Juliane et al.，2016）。螞蟻通過搬運、取食、消化及排泄有機殘體直接影響土壤養(yǎng)分含量，對蟻巢地土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響（Verchot et al.，2003;王邵軍等，2016）。因此，研究螞蟻筑巢對南方果園土壤微生物的影響，對南方果園生態(tài)環(huán)境的改善具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，涉及螞蟻巢穴的研究主要針對土壤有機碳循環(huán)、碳礦化過程、土壤理化性質(zhì)及微生物生物量和巢內(nèi)真菌多樣性等方面。周善義（2001）、李曉玲等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻可通過直接的物理作用、介導蚜蟲侵染和提高蟻巢穴微生物活性等加速凋落物的分解，促進土壤有機碳礦化過程，從而促進土壤改良，提高土壤肥力。賀虹等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，日本弓背蟻（Camponotus japonicus）、鋪道蟻（Tetramorium caespitum）和日本黑褐蟻（Formica japonica）3種螞蟻蟻巢內(nèi)的真菌多樣性指數(shù)均顯著低于無螞蟻棲居的土壤，但在3種螞蟻蟻巢之間無顯著差異;3種螞蟻及無螞蟻棲居的土壤其真菌均勻度指數(shù)間無顯著差異。陳元瑤等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻的筑巢活動可顯著影響蟻巢內(nèi)土壤的養(yǎng)分含量和微生物量，致使土壤異質(zhì)性增強，從而對維持生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能量循環(huán)產(chǎn)生重要影響。Bierbass等（2015）報道，巢穴內(nèi)異于周圍的微氣候條件可影響微生物的活性，從而加速有機碳的礦化分解，蟻巢內(nèi)溫度越高越有利于有機碳的礦化。楊析等（2018）、陳閩昆等（2019）研究結(jié)果表明，蟻巢穴中排放的CO2顯著高于周圍土壤與蟻巢穴內(nèi)較高的微生物活性、食物殘渣和排泄物的積累等密切相關。曹乾斌等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻筑巢主要通過改變有機碳礦化的底物組分（土壤有機碳和土壤微生物生物量碳）來調(diào)控土壤有機碳礦化速率。張哲等（2019）發(fā)現(xiàn)蟻巢穴中大量有機物富集和混合會刺激土壤微生物的活動，使土壤具有較高的微生物量、活性及功能多樣性，致使土壤異質(zhì)性增強。張雪慧等（2020）報道，蟻巢穴中的有機物主要通過螞蟻和分解者的呼吸作用及其介導的無機—有機礦化過程以溫室氣體的形式從巢穴土壤中流失?！颈狙芯壳腥朦c】目前，對蟻巢土壤仍缺乏系統(tǒng)的分析，尤其對亞熱帶地區(qū)果園中常見的蟻巢土壤微生物群落結(jié)構研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】以南方荔枝園蟻巢土壤和非蟻巢土壤為研究對象，基于高通量測序技術，比較蟻巢和非蟻巢土壤細菌和真菌群落結(jié)構差異，探究南方果園蟻巢土壤中特有的微生物資源及其功能，為探尋功能微生物資源及南方果園土壤的生態(tài)管理提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1. 1 試驗地概況

試驗采樣點位于廣西欽州市靈山縣高李村（東經(jīng)109°16′31″，北緯22°12′30″）。本區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候，陽光充足，雨量充沛，年平均氣溫21.7 ℃，年無霜期348 d，年均降水量1658 mm。采樣地土壤理化性質(zhì)：土壤pH 4.53，有機質(zhì)含量43.13 g/kg，全氮2.22 g/kg，全磷0.34 g/kg，全鉀11.30 g/kg，堿解氮185.50 mg/kg，速效磷4.07 mg/kg，速效鉀73.67 mg/kg。

1. 2 樣品采集

蟻巢土壤采自于日本弓背蟻蟻巢。采集時先在果園中查找蟻巢，去除其地表殘枝落葉等雜物，然后隨機挖取整個蟻巢作為蟻巢土壤（Ant nest，AN），共挖取3個;非蟻巢土壤采集，采用相同方法隨機挖取3處距離蟻巢3 m外無蟻巢的土壤作為對照土壤（非蟻巢土壤，CK）。用無菌密封袋收集后混勻，裝入內(nèi)置冰袋的冰盒中帶回實驗室。將每份土壤樣品分成2份，1份在室內(nèi)風干后過40目篩，用于土壤理化性質(zhì)測定;1份過10目篩后置于-80 ℃冰柜中保存，用于土壤微生物群落結(jié)構分析。

1. 3 土壤理化性質(zhì)測定

參照鮑士旦（2013）的方法測定土壤理化性質(zhì)。采用電位法測定土壤pH、重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定土壤有機質(zhì)、半微量開氏法測定土壤全氮、HClO4-H2SO4消煮法測定土壤全磷和速效磷;火焰光度法測定土壤速效鉀、堿解擴散法測定土壤堿解氮。

1. 4 土壤細菌多樣性分析

土壤樣品總DNA提取、PCR擴增和序列測定均由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成（Lundberget al.，2012;Davide et al.，2015）。測序具體類型及引物序列見表1。

測序步驟：（1）DNA抽提和PCR擴增：總DNA抽提根據(jù)E.Z.N.A.? soil DNA kit （Omega Bio-tek，Norcross，GA，USA）操作說明進行，DNA濃度和純度使用NanoDrop 2000分光光度計（Thermo Fisher Scientific，USA）進行檢測。利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取質(zhì)量，并以提取的土壤微生物DNA為模板，選擇338F和806R為引物對細菌V3～V4可變區(qū)進行PCR擴增，選用ITS1F和ITS2R為引物對真菌ITS1區(qū)進行PCR擴增。常規(guī)方法回收PCR產(chǎn)物，并進行純化、檢測定量。（2）Illumina MiSeq測序：將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（Axygen Biosciences，Union City，CA，USA）進行回收產(chǎn)物純化，2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，并用QuantusTM Fluorometer （Promega，USA）對回收產(chǎn)物進行檢測定量?；贗llumina MiSeq平臺（Illumina，SanDiego，USA）標準操作規(guī)程，將純化后的擴增片段構建文庫。利用Illumina公司的MiSeq PE300平臺進行測序（上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司）。

數(shù)據(jù)處理：原始測序序列運用Trimmomatic進行質(zhì)控;使用FLASH進行拼接，設置50 bp的窗口，去除質(zhì)控后長度低于50 bp的序列，根據(jù)重疊堿基overlap將兩端序列進行拼接，根據(jù)序列首尾兩端的barcode和引物將序列拆分至每個樣本;使用UPARSE version 7.1（http：//drive5.com/uparse/）根據(jù)97%的相似度對序列進行OTU聚類并剔除嵌合體，生成OTU表格;利用RDP classifier（http：//rdp.cme.msu.edu/）對每條序列進行物種分類注釋，比對Silva數(shù)據(jù)庫（SSU123），設置比對閾值為70%。獲得分類學信息和各個樣本在各分類水平上的群落組成，用圖形進行可視化表示，使用Usearch和Mothur分別進行OTU豐度和Alpha多樣性計算，得到樣品物種信息。

1. 5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2019進行計算，運用IBM SPSS Statistics 21進行方差分析，使用Duncans新復極差法進行顯著性檢驗，并利用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司的I-sanger云數(shù)據(jù)分析平臺進行在線數(shù)據(jù)分析。平均數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標準差（S.D.）表示。

2 結(jié)果與分析

2. 1 蟻巢和非蟻巢土壤微生物OTU聚類分析結(jié)果

由表2可知，蟻巢（AN）土壤中細菌群落組成可分為21門、51綱、131目、213科、390屬、721種及2107個OTU，非蟻巢土壤（CK）中細菌群落組成可分為23門、61綱、155目、252科、442屬、846種及2232個OTU;蟻巢土壤中真菌群落組成可分為10門、33綱、90目、200科、357屬、524種及1504個OTU，非蟻巢土壤中真菌群落組成可分為12門、33綱、88目、192科、337屬、492種及1490個OTU。與非蟻巢土壤相比，蟻巢土壤中細菌群落組成在不同分類（門、綱、目、科、屬、種）水平下的數(shù)量均減少，而真菌群落組成除門分類水平的數(shù)量減少外，綱分類水平數(shù)量保持不變，目、科、屬和種分類水平數(shù)量均增加。

2. 2 蟻巢和非蟻巢土壤微生物Alpha多樣性分析結(jié)果

由表3可知，樣品分析覆蓋率均在99%以上，表明分析數(shù)據(jù)真實可信。蟻巢土壤中，指示細菌豐富度的ACE和Chao1指數(shù)，以及指示細菌多樣性的Shannon和Simpson指數(shù)均與非蟻巢土壤間無顯著差異（P>0.05，下同）;蟻巢土壤中真菌ACE和Chao1指數(shù)，以及Shannon和Simpson指數(shù)亦與非蟻巢土壤間無顯著差異。表明螞蟻筑巢對果園土壤微生物（細菌和真菌）多樣性及豐富度無顯著影響。

2. 3 土壤微生物群落組成分析結(jié)果

2. 3. 1 蟻巢和非蟻巢土壤微生物門分類水平分析

在細菌門分類水平，蟻巢和非蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢細菌門分別有8和9個（圖1）。變形桿菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）、浮霉菌門（Planctomycetes）和厚壁菌門（Firmicutes）是蟻巢土壤和非蟻巢土壤共有的優(yōu)勢細菌門。其中，非蟻巢土壤中優(yōu)勢細菌門豐度占比排序為：變形桿菌門（37.60%）>放線菌門（19.04%）>酸桿菌門（15.21%）>綠彎菌門（13.93%）>浮霉菌門（3.97%）>厚壁菌門（2.74%）>疣微菌門（1.67%）>芽單胞菌門（1.63%）>擬桿菌門（1.34%）及其他（2.26%）（圖1-A）;蟻巢土壤中優(yōu)勢細菌門豐度占比排序為：放線菌門（31.86%）>綠彎菌門（28.98%）>變形桿菌門（17.30%）>酸桿菌門（6.70%）>浮霉菌門（3.71%）>藍細菌門（3.61%）>WPS-2（3.18%）>厚壁菌門（1.93%）及其他（1.05%）（圖1-B）。綜上可知，與非蟻巢土壤相比，蟻巢土壤中變形桿菌門、酸桿菌門和其他門類的細菌豐度占比下降，降幅分別為53.99%、55.95%和53.54%，而放線菌門和綠彎菌門細菌豐度占比升高，升幅分別為67.33%和108.04%;此外，蟻巢土壤中芽單胞菌門、擬桿菌門和疣微菌門等部分優(yōu)勢細菌門類缺失，而藍細菌門和WPS-2富集成為蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢細菌門類。

在真菌門分類水平，蟻巢和非蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢真菌門均有4個，分別是子囊菌門（Ascomycota）、擔子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和unclassified_k__Fungi門。其中，非蟻巢土壤中優(yōu)勢真菌門豐度占比排序為：子囊菌門（53.48%）>擔子菌門（27.07%）>被孢霉門（14.84%）>unclassified_k__Fungi（4.15%）（圖2-A）;蟻巢土壤中優(yōu)勢真菌門豐度占比排序為子囊菌門（60.08%）>擔子菌門（26.52%）>unclassified_k__Fungi（9.59%）>被孢霉門（2.90%）（圖2-B）。綜上可知，與非蟻巢土壤相比，蟻巢土壤中被孢霉門真菌豐度占比下降，降幅為80.46%，而unclassified_k__Fungi真菌豐度占比則大幅上升，升幅為131.08%。

2. 3. 2 蟻巢和非蟻巢土壤微生物屬分類水平分析

在細菌屬分類水平，非蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢細菌屬排序為：norank_f__Xanthobacteraceae（15.82%）>norank_c__AD3（5.15%）>嗜酸棲熱菌屬（Acidothermus，5.05%）>Candidatus_Solibacter（3.28%）>norank_o__Elsterales（3.24%）>norank_ f__Gemmataceae（2.93%）>norank_c__Subgroup_6（2.88%）>慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium，2.48%）>norank_o__IMCC26256（2.22%）>norank_o__Acidobacteriales（1.89%）>norank_o__Subgroup_2（1.65%）>norank_c__TK10（1.57%）>norank_o__Gaiellales（1.56%）>Bryobacter（1.55%）>HSB_OF53-F07（1.39%）>norank_f__JG30-KF-AS9（1.17%）>Candidatus_Koribacter（1.14%）>Haliangium（1.02%）及其他（39.95%）;非蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢菌屬有：norank_c__Subgroup_6、norank_o__Gaiellales、no-rank_o__Subgroup_2、Candidatus_Koribacter和Ha-liangium（圖3-A）。蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢細菌屬排序為：Conexibacter（8.92%）>嗜酸棲熱菌屬（7.26%）>norank_c__AD3（6.18%）>norank_ o__B12-WMSP1（4.06%）>unclassified_f__Ktedonobacteraceae（3.74%）>norank_o__Elsterales（3.55%）>norank_f__Xanthobacteraceae（3.23%）>norank_o__ Chloroplast（3.21%）>norank_p__WPS-2（3.18%）>HSB_OF53-F07（2.91%）>Bryobacter（2.48%）>norank_f__Gemmataceae（2.46%）>norank_c__TK10（2.33%）>norank_o__IMCC26256（2.13%）>FCPS473（1.74%）>norank_f__JG30-KF-AS9（1.51%）>分枝桿菌屬（Mycobacterium，1.34%）>鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas，1.29%）>慢生根瘤菌屬（1.23%）>norank_f__JG30-KF-CM45（1.11%）>norank_o__Aci-dobacteriales（1.09%）=間孢囊菌屬（unclassified_ f__Intrasporangiaceae，1.09%）>Candidatus_Solibac-ter（1.03%）>中華單胞菌屬（Sinomonas，1.02%）及其他（30.72%）;蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢細菌屬有：Conexibacter、unclassified_f__Ktedonobacteraceae、norank_o__B12-WMSP1、norank_p__WPS-2、norank_ o__Chloroplast、分枝桿菌屬、FCPS473、鞘氨醇單胞菌屬、norank_f__JG30-KF-CM45、間孢囊菌屬和中華單胞菌屬（圖3-B）。

在真菌屬分類水平，非蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢真菌屬排序為：Saitozyma（17.38%）>被孢霉屬（Mortierella，14.15%）>無莖真菌屬（Acaulium，12.71%）>unclassified_p__Ascomycota（10.76%）>Apiotrichum（7.04%）>unclassified_k__Fungi（4.15%）>青霉屬（Penicillium，3.04%）>unclassified_c__Sordariomycetes（2.57）>unclassified_f__Thyridariaceae（2.24%）>unclassified_f__Chaetomiaceae（2.08%）>木霉屬（Trichoderma，1.92%）>鐮孢霉屬（Fusarium，1.45%）>unclassified_o__Hypocreales（1.24%）>擬棘殼孢屬（Pyrenochaetopsis，1.21%）>綠僵菌屬（Me-tarhizium，1.01%）及其他（15.06%）;非蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢真菌屬有：無莖真菌屬、unclassified_c__ Sordariomycetes、木霉屬、unclassified_o__Hypocrea-les、擬棘殼孢屬和綠僵菌屬（圖4-A）。蟻巢土壤中豐度占比大于1%的優(yōu)勢真菌屬排序為：瘦臍菇屬（Rickenella，13.69%）>節(jié)叢孢屬（Arthrobotrys，12.25%）>unclassified_k__Fungi（9.59%）>青霉屬（7.59%）>鐮孢霉屬（6.88%）>Saitozyma（6.09%）>unclassified_p__Ascomycota（3.67%）>unclassified_f__ Chaetomiaceae（3.19%）>被孢霉屬（2.90%）>梨孢霉屬（Coniosporium，2.42%）>unclassified_c__Eurotiomycetes（2.15%）=粗糙孔菌屬（Trechispora，2.15%）>Apiotrichum（2.08%）>unclassified_f__Thyridariaceae（1.85%）>unclassified_o__Pezizales（1.79%）>unclassified_o__Pleosporales（1.28%）>Xepicula（1.24%）>莖點霉屬（Phoma，1.18%）>曲霉屬（Aspergillus，1.14%）及其他（15.06%）;蟻巢土壤中特有的真菌屬有：瘦臍菇屬、節(jié)叢孢屬、梨孢霉屬、unclassified_c__Eurotiomycetes、粗糙孔菌屬、unclassified_o__Pezizales、unclassified_o__Pleosporales、Xe-picula、莖點霉屬和曲霉屬（圖4-B）。

2. 4 物種Venn分析結(jié)果

基于屬、種分類水平的Venn圖可知，屬分類水平蟻巢和非蟻巢土壤中共有的細菌屬為342個，其中，非蟻巢土壤中特有的細菌屬達100個，而蟻巢土壤中特有的細菌屬僅有48個（圖5-A）;種分類水平蟻巢和非蟻巢土壤中共有的細菌種為621個，其中，非蟻巢土壤中特有的細菌種達225個，而蟻巢土壤中特有的細菌種僅有100個（圖5-B）。表明蟻巢土壤中特有的細菌屬和種水平數(shù)量均呈下降趨勢。

基于屬、種分類水平的Venn圖可知，屬分類水平蟻巢和非蟻巢土壤中共有的真菌屬為253個，其中，非蟻巢土壤中特有的真菌屬為84個，而蟻巢土壤中特有的真菌屬達104個（圖6-A）;種分類水平蟻巢和非蟻巢土壤中共有的真菌種為352個，其中，非蟻巢土壤中特有的真菌種為140個，而蟻巢土壤中特有的真菌種達172個（圖6-B）。表明蟻巢土壤中特有的真菌屬和種水平數(shù)量均呈上升趨勢。

綜上結(jié)果表明，螞蟻筑巢不僅改變了果園土壤中細菌屬和種分類水平上的群落結(jié)構，而且降低了果園土壤中細菌屬和種水平的數(shù)量;同時，螞蟻筑巢亦改變了果園土壤中真菌屬和種分類水平上的群落結(jié)構，提高了果園土壤中真菌屬和種分類水平的數(shù)量。

3 討論

一般情況下，果園大多存在立地條件較差、土壤養(yǎng)分含量低、結(jié)構不協(xié)調(diào)及土地生產(chǎn)力較低等問題（史進，2016）。果園土壤理化及生物學性狀受氣候、土壤類型和栽培管理方式等因素的影響（張超博等，2020）?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，由于過度依賴化肥、農(nóng)藥及除草劑等人工合成物質(zhì)，不僅容易導致水果品質(zhì)下降，果園生態(tài)環(huán)境亦遭受嚴重威脅?，F(xiàn)階段，隨著生態(tài)理念認知的加深，營造多樣性豐富的生態(tài)果園，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的綠色乃至有機果品已成為當代水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其中，果園生草、園下養(yǎng)殖及飼養(yǎng)蚯蚓（蟬）等均是構建生態(tài)果園行之有效的手段（侯婷等，2019;朱紹丹等，2019）。

螞蟻個體總數(shù)超過地球上所有其他動物個體數(shù)的總和，不僅數(shù)量龐大而且分布廣泛，除了部分害蟻，如小家蟻屬（Monomorium）、大頭蟻屬（Pheidole）和行軍蟻屬（Dorylus）對人類造成危害外，大多數(shù)螞蟻對人類有益，改良土壤、提高土壤肥力是螞蟻的有益功能之一（周善義，2001）。楊建秀等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻筑巢定居活動能顯著增加土壤中營養(yǎng)元素含量，顯著提高土壤肥力，蟻巢內(nèi)土壤氮磷鉀含量顯著高于蟻巢周圍土壤，且不同螞蟻種類對土壤的影響能力存在差異。但至今人們對蟻巢土壤仍缺乏系統(tǒng)的研究，果園蟻巢形成的利與弊尚無定論，導致當前南方果園的管理者針對果園中常出現(xiàn)的蟻穴多采取噴灑化學農(nóng)藥消滅的措施進行處理，對果園生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅。

眾所周知，微生物是生態(tài)系統(tǒng)中功能活躍，開發(fā)潛力最大、最寶貴的生物資源庫（Vannier et al.，2018）。土壤中豐富的微生物多樣性在陸地生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用（馮美利等，2019;楊尚東等，2019）。微生物群落結(jié)構越豐富、物種越均勻及多樣性越豐富時，植物對抗病原菌的綜合能力就越強（楊尚東等，2020）。本研究分析發(fā)現(xiàn)，指示微生物（細菌和真菌）豐富度的ACE和Chao1指數(shù)，以及指示多樣性的Shannon和Simpson指數(shù)在蟻巢和非蟻巢土壤中均無顯著差異，但蟻巢形成明顯改變了果園土壤細菌和真菌不同分類水平的組成，尤其在屬、種分類水平上，其中，雖然蟻巢形成降低了果園土壤中細菌屬、種分類水平的數(shù)量，但提高了果園土壤中真菌屬、種分類水平的數(shù)量。

本研究中，與非蟻巢土壤相比，在門分類水平下果園蟻巢土壤中變形桿菌門、酸桿菌門和其他門類的細菌豐度占比下降，放線菌門和綠彎菌門細菌豐度占比上升;同時，芽單胞菌門、擬桿菌門和疣微菌門等優(yōu)勢菌門類缺失，藍細菌門和WPS-2細菌成為蟻巢土壤中特有的優(yōu)勢細菌門。至今研究已發(fā)現(xiàn)，放線菌門細菌具有降解纖維素和幾丁質(zhì)的功能，是土壤養(yǎng)分供給的主要來源（靳新影等，2020）;綠彎菌門細菌傾向于生活在營養(yǎng)充足的環(huán)境中，大量的營養(yǎng)元素有利于綠彎菌門細菌生長繁殖（趙立君等，2020）;而酸桿菌門細菌適合在有機碳含量低的貧瘠環(huán)境中生存（Sul et al.，2013）。基于優(yōu)勢細菌門類綠彎菌門細菌的特性，進一步證實螞蟻筑巢有助于提高土壤肥力的觀點。另一方面，與非蟻巢土壤中相比，蟻巢土壤擁有與非蟻巢土壤相同的優(yōu)勢真菌門類組成，但被孢霉門真菌占比下降;unclassified_ k__Fungi真菌占比上升。

與非蟻巢土壤相比，在屬分類水平下果園蟻巢土壤富集了Conexibacter、unclassified_f__Ktedonobacteraceae、norank_o__B12-WMSP1、norank_p__ WPS-2、norank_o__Chloroplast、分枝桿菌屬、FCPS-473、鞘氨醇單胞菌屬、norank_f__JG30-KF-CM45、間孢囊菌屬和中華單胞菌屬等特有優(yōu)勢細菌屬，但同時亦缺失了norank_c__Subgroup_6、norank_o__ Gaiellales、norank_o__Subgroup_2、Candidatus_Koribacter和Haliangium等非蟻巢土壤中的優(yōu)勢細菌屬。研究已發(fā)現(xiàn)，分枝桿菌屬細菌是一類具有降解石油烴功能的細菌（葛延妍，2017）;鞘氨醇單胞菌屬細菌則是降解復雜芳香族污染物的一類細菌（黃海東等，2009），表明蟻巢土壤中富集了具有降解有機污染物功能的優(yōu)勢細菌屬。另一方面，與非蟻巢土壤相比，果園蟻巢土壤富集了瘦臍菇屬、節(jié)叢孢屬、梨孢霉屬、unclassified_c__Eurotiomycetes、粗糙孔菌屬、unclassified_o__Pezizales、unclassified_o__Pleosporales、Xepicula、莖點霉屬和曲霉屬等特有的優(yōu)勢真菌屬，但亦缺失了無莖真菌屬、unclassified_c__Sordario-mycetes、木霉屬、unclassified_o__Hypocreales、擬棘殼孢屬和綠僵菌屬等非蟻巢土壤特有的優(yōu)勢真菌屬。研究發(fā)現(xiàn)，常見的石油烴降解真菌，如青霉屬（Velmurugan et al.，2010;丁自立等，2016）、尖孢鐮刀菌（Fusarium）（Jacob et al.，2013）和曲霉屬（Iram et al.，2015;丁自立等，2016）等具有分泌抗生素以及對重金屬污染具有較強抗性等特性（葛延妍，2017），表明蟻巢土壤中富集了具有降解石油烴和抵御土壤重金屬污染能力的優(yōu)勢真菌屬。

4 結(jié)論

蟻巢形成改變了果園土壤中的細菌群落和真菌群落組成，其中，蟻巢土壤中富集的優(yōu)勢細菌傾向于生存在土壤肥力更高的土壤中。蟻巢土壤中蘊含著豐富的具有分泌抗生素和生物修復功能的微生物資源，是一個潛在的生物資源寶藏。

參考文獻：

鮑士旦. 2013. 土壤農(nóng)化分析[M]. 第3版. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社. [Bao S D. 2013. Agrochemical analysis of soil[M].? The 3th Edition. Beijing： China Agriculture Press.]

曹乾斌，王邵軍，任玉連，張哲，陳閩昆，李少輝，曹潤，王平，左倩倩. 2019. 螞蟻筑巢對西雙版納熱帶森林土壤碳礦化動態(tài)的影響[J]. 應用生態(tài)學報，30（12）： 4231-4239. doi： 10.13287/j.1001-9332.201912.034. [Cao Q B，Wang S J，Ren Y L，Zhang Z，Chen M K，Li S H，Cao R，Wang P，Zuo Q Q. 2019. Effects of ant colonization on spatiotemporal variation of organic carbon mineralization in Xishuangbanna tropical forest soils[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，30（12）： 4231-4239.]

陳閩昆，王邵軍，陳武強，曹潤，曹乾斌，王平，左倩倩，張哲，李少輝. 2019. 螞蟻筑巢對西雙版納熱帶森林土壤微生物生物量碳及熵的影響[J]. 應用生態(tài)學報，30（9）： 2973-2982. doi： 10.13287/j.1001-9332.201909.036. [Chen M K，Wang S J，Chen W Q，Cao R，Cao Q B，Wang P，Zuo Q Q，Zhang Z，Li S H. 2019. Effects of ant nesting on soil microbial biomass carbon and quotient in tropical forest of Xishuangbanna[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，30（9）： 2973-2982.]

陳元瑤，魏琮，賀虹，王云果. 2012. 秦嶺地區(qū)2種螞蟻巢內(nèi)土壤理化性質(zhì)和微生物量的相關性研究[J]. 西北林學院學報，27（2）：121-126. doi：10.3969/j.issn.1001-7461. 2012.02.26. [Chen Y Y，Wei C，He H，Wang Y G. 2012. Correlation of physicochemical characteristics and microbial biomass among nest soil of Camponotus japonicus and pachycondyla astute in Qinling mountains[J]. Journal of Northwest Forestry University，27（2）： 121-126.]

丁自立，吳金平，游艾青，汪金平，曹湊貴. 2016. 耐鎘耐鉻絲狀真菌菌株的篩選與鑒定[J]. 中國農(nóng)學通報，32（27）： 105-108. [Ding Z L，Wu J P，You A Q，Wang J P，Cao C G. 2016. Screening and identification of resistant filamentous fungi strains to cadmium and chromium[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，32（27）： 105-108.]

馮美利，李愛基，曹紅星，金龍飛. 2019. 油棕林下養(yǎng)雞對土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報，31（11）： 43-46. doi： 10.19386 /j.cnki.jxnyxb.2019.11.09. [Feng M L，Li A J，Cao H X，Jin L F. 2019. Effects of raising chicken in oil palm forest on soil nutrients and soil microorganisms[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，31（11）： 43-46.]

葛延妍. 2017. 不同品種高羊茅對石油污染土壤的修復效果及其根際微生態(tài)研究[D]. 蕪湖：安徽師范大學. [Ge Y Y. 2017. Study of different of Festuca arundinaceas rhizosphere microecology and remediation effect on petroleum contaminated soil[D]. Wuhu： Anhui Normal University.]

賀虹，魏琮，王云果，高智輝. 2011. 秦嶺樓觀臺油松林地3種土棲性螞蟻巢內(nèi)真菌多樣性研究[J]. 西北林學院學報，26（2）： 129-134. [He H，Wei C，Wang Y G，Gao Z H. 2011. The fungal diversity in nests of three soil-nesting ant species（Hymenoptera： Formicidae） in pine forests of Louguantai national forest park，China[J]. Journal of Northwest Forestry University，26（2）： 129-134.]

侯婷，閆鵬科，龐群虎，馬婷慧，齊雁冰，王銳. 2019. 行內(nèi)覆蓋對果園土壤特性及釀酒葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學學報，53（6）：869-875. doi：10.16445/j.cnki. 1000-2340.20191121.006. [Hou T，Yan P K，Pang Q H，Ma T H，Qi Y B，Wang R. 2019. Effects of intra-row co-verage on orchard soil features and wine grape yield and quality[J]. Journal of Henan Agricultural University，53（6）：869-875.]

黃海東，劉云，劉如林. 2009. 合成生物聚合物的重要微生物資源——鞘氨醇單胞菌[J]. 微生物學報，49（5）： 561-567. doi： 10.13343/j.cnki.wsxb.2009.05.011. [Huang H D，Liu Y，Liu R L. 2009. Sphingomonas sp.： An important microbial resource for biopolymer synthesis[J]. Acta Microbiologica Sinica，49（5）： 561-567.]

靳新影，張肖沖，金多，陳韻，李靖宇. 2020. 騰格里沙漠東南緣不同生物土壤結(jié)皮細菌多樣性及其季節(jié)動態(tài)特征[J]. 生物多樣性，28（6）： 718-726. doi： 10.17520/biods.2019298. [Jin X Y，Zhang X C，Jin D，Chen Y，Li J Y. 2020. Diversity and seasonal dynamics of bacteria among different bio-logical soil crusts in the southeast Tengger Desert[J]. Biodiversity Science，28（6）： 718-726.]

李曉玲，陳立，方守國. 2020. 紅火蟻巢穴土壤中生物堿成分分析[J]. 昆蟲學報，63（4）：494-501. doi： 10.16380/j.kcxb. 2020.04.012. [Li X L，Chen L，F(xiàn)ang S G. 2020. Analysis of alkaloid components in the soil from the nest of the red imported fire ant，Solenopsis invicta（Hymenoptera： Formicidae）[J]. Acta Entomologica Sinica，63（4）： 494-501.]

史進，李文勝，張俊苗. 2016. 兩種果園土壤質(zhì)量綜合評價及生物量與土壤元素的關系[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學，53（6）： 1081-1090. doi： 10.6048/j.issn.1001-4330.2016.06.015. [Shi J，Li W S，Zhang J M. 2016. Comprehensive evaluation of the soil quality and the relationship between biomass and soil elements in two orchards[J]. Xinjiang Agricultural Sciences，53（6）： 1081-1090.]

王邵軍，王紅，李霽航. 2016. 熱帶森林不同演替階段螞蟻巢穴的分布特征及其影響因素[J]. 生物多樣性，24（8）： 916-921. doi： 10.17520/biods.2016088. [Wang S J，Wang H，Li J H. 2016. Distribution characteristics of ant mounds and correlating factors across different succession stages of tropical forests in Xishuangbanna[J]. Biodiversity Scien-ce，24（8）： 916-921.]

楊建秀，張念念，燕迪，李巧，王慶，盧志興，陳又清. 2020. 紅火蟻營巢對不同生境土壤氮磷鉀含量的影響[J]. 林業(yè)科學研究，33（2）： 161-167. doi： 10.13275/j.cnki.lykxyj. 2020.02.020. [Yang J X，Zhang N N，Yan D，Li Q，Wang Q，Lu Z X，Chen Y Q. 2020. Mound building effects of red fire ants （Solenopsis invicta Buren） on the concentrations of soil nitrogen，phosphorus and potassium across different habitats[J]. Forest Research，33（2）： 161-167.]

楊尚東，郭霜，任奎喻，龐師嬋，張傳進，王帥帥，譚宏偉. 2019. 甘蔗宿根矮化病感病與非感病株根際土壤生物學性狀及細菌群落結(jié)構特征[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，25（6）： 910-916. doi： 10.11674/zwyf.18484. [Yang S D，Guo S，Ren K Y，Pang S C，Zhang C J，Wang S S，Tan H W. 2019. Soil biological properties and bacterial community structures in rhizosphere soil of canes infected and non-infected by ratoon stunting disease[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，25（6）： 910-916.]

楊尚東，任奎瑜，譚宏偉. 2020. 甘蔗宿根矮化病感病與非感病植株養(yǎng)分含量、根系生長及內(nèi)生細菌群落的差異[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，26（9）： 1591-1599. doi：10.11674/zwyf.20144. [Yang S D，Ren K Y，Tan H W. 2020. Differen-ces in plant nutrient content，root growth and endophytic bacterial community between infected and non-infected sugarcanes by ratoon stunting disease[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，26（9）： 1591-1599.]

楊析，邵明安，李同川，賈玉華，賈小旭，黃來明. 2018. 黃土高原北部日本弓背蟻巢穴結(jié)構特征及其影響因素[J]. 土壤學報，55（4）： 868-878. doi： 10.11766/trxb201711270 565. [Yang X，Shao M A，Li T C，Jia Y H，Jia X X，Huang L M. 2018. Structure characteristics of Camponotus japonicus nests in northern part of Loess Plateau and influencing factors[J]. Acta Pedologica Sinica，55（4）： 868-878.]

張超博，邱潔雅，王敏，李有芳，朱攀攀，王彤，鄧崇嶺，付行政，凌麗俐，劉升球，陳傳武，彭良志. 2020. 桂北柑橘園土壤化學性狀研究[J]. 土壤，52（6）： 1187-1195. doi： 10. 13758/j.cnki.tr.2020.06.013. [Zhang C B，Qiu J Y，Wang M，Li Y F，Zhu P P，Wang T，Deng C L，F(xiàn)u X Z，Ling L L，Liu S Q，Chen C W，Peng L Z. 2020. Study on soil chemical properties of citrus orchards in northern Guangxi[J]. Soils，52（6）： 1187-1195.]

張雪慧，張仲勝，武海濤. 2020. 螞蟻擾動對土壤有機碳循環(huán)過程的影響研究進展[J]. 應用生態(tài)學報，31（12）： 4301-4311. doi：10.13287/j.1001-9332.202012.033. [Zhang X H，Zhang Z S，Wu H T. 2020. Effects of ant disturbance on soil organic carbon cycle： A review[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，31（12）： 4301-4311.]

張哲，王邵軍，陳閩昆，曹潤，李少輝. 2019. 螞蟻筑巢對不同恢復階段熱帶森林土壤易氧化有機碳時空動態(tài)的影響[J]. 生物多樣性，27（6）： 658-666. doi： 10.17520/biods. 2019011. [Zhang Z，Wang S J，Chen M K，Cao R，Li S H. 2019. Effect of ant colonization on spatiotemporal dynamics of readily oxidizable soil carbon across different restoration stages of tropical forests[J]. Biodiversity Scien-ce，27（6）： 658-666.]

趙立君，劉云根，王妍，趙蓉，任偉，徐鳴洲. 2020. 典型高原湖濱帶底泥細菌群落結(jié)構及多樣性特征[J]. 微生物學通報，47（2）： 401-410. doi： 10.13344/j.microbiol.china.190 270. [Zhao L J，Liu Y G，Wang Y，Zhao R，Ren W，Xu M Z. 2020. Bacterial community structure and diversity of sediments in a typical plateau lakeshore[J]. Microbio-logy China，47（2）： 401-410.]

周善義. 2001. 廣西螞蟻[M]. 桂林：廣西師范大學出版社. [Zhou S Y. 2001. Ants in Guangxi[M].Guilin： Guangxi Normal University Press.]

朱紹丹，陳麗，焦健，李朝周，劉文蘭，趙陽. 2019. 土壤干旱及生草間作對油橄欖光合特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，35（2）：282-288. doi：10. 3969 /j. issn.1000-4440. 2019. 02. 006. [Zhu S D，Chen L，Jiao J，Li C Z，Liu W L，Zhao Y. 2019. Effects of soil drought and grass intercropping on photosynthetic charac-teristics of live[J]. Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，35（2）：282-288.]

Bierbass P，Gutknecht J L M，Michalzik B. 2015. Nest-mounds of the yellow meadow ant（Lasius flavus） at the “Alter Gleisberg”，central germany： Hot or cold spots in nutrient cycling？[J]. Soil Biology and Biochemistry，80：209-217. doi： 10.1016/j.soilbio.2014.09.020.

Bottinelli N，Jouquet P，Capowiez Y，Podwojewski P，Grimaldi M，Peng X. 2015. Why is the influence of soil macrofauna on soil structure only considered by soil ecologists？[J]. Soil and Tillage Research，146：118-124. doi： 10.1016/ j.still.2014.01.007.

Davide B，Ruben G O，Philipp C M，Aaron W，Johannes D，Yao P，Alice C M，Paul S L. 2015. Structure and function of the bacterial root microbiota in wild and domesticated barley[J]. Cell Host & Microbe，17（3）：392-403. doi： 10.1016/j.chom.2015.01.011.

Drik S，F(xiàn)rank V F J. 2011. Ecosystem engineering and predation： The multi-trophic impact of two ant species[J]. Journal of Animal Ecology，80（3）：569-576. doi： 10.1111/j. 1365-2656.2010.01796.x.

Iram S，Shabbir R，Zafar H，Javaid M. 2015. Biosorption and bioaccumulation of copper and lead by heavy metal-resistant fungal isolates[J]. Arabian Journal for Science and Engineering，40（7）：1867-1873. doi： 10.1007/s13369-015- 1702-1.

Jacob J M，Bardhan S，Raj M B. 2013. Selenium and lead tolerance in fungi isolated from sea water[J]. International Journal of Innovative Research in Science，Engineering and Technology，2（7）：2975-2981.

Juliane F，Jack H F，Alexei V T，Lijbert B，Jan F，Gerlinde D D，Alexei V U，Matty P B，Patrick L，Michel L，Diana H W，Pascal Q，Herman E，Juan J J. 2016. Soil fauna： Key to new carbon models[J]. Soil，2（4）：565-582. doi：10. 5194/soil-2-565-2016.

Lundberg D S，Lebeis S L，Paredes S H，Yourstone S，Gehring J，Malfatti S，Tremblay J，Engelbrektson A，Kunin V，del Rio T G，Edgar R C，Eickhorst T，Ley R E，Hugenholtz P，Tringe S G，Dangl J L. 2012. Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome[J]. Nature，488（7409）：86-90. doi： 10.1038/nature11237.

Sasitorn H，Mizue O，Akinori Y，Yoshiaki H，Wattanachai T，Tomonori K，Seiki Y. 2014. CO2 efflux from subterranean nests of ant communities in a seasonal tropical forest，Thailand[J].Ecology and Evolution，4（20）：3929-3939. doi： 10.1002/ece3.1255.

Sul W J，Stella A B，Wang Q，Tourlousse D M，Penton C R，Deng Y，Rodrigues J L M，Adiku S G K，Jones J W，Zhou J Z，Cole J R，Tiedje J M. 2013. Tropical agricultural land management influences on soil microbial communities through its effect on soil organic carbon[J]. Soil Bio-logy and Biochemistry，65（5）：33-38. doi：10.1016/j.soilbio.2013.05.007.

Vannier N，Mony C，Bittebiere A K，Sophie M C，Biget M，Vandenkoornhuyse P. 2018. A microorganisms s journey between plant generations[J]. Microbiome，6（1）：79. doi： 10.1186/s40168-018-0459-7.

Velmurugan N，Hwang G，Sathishkumar M，Choi T K，Lee K J，Oh B T，Lee Y S. 2010. Isolation，identification，Pb（II） biosorption isotherms and kinetics of a lead adsorbing Penicillium sp. MRF-1 from South Korean mine soil[J]. Journal of Environmental Sciences，22（7）：1049-1056. doi： 10.1016/S1001-0742（09）60216-3.

Verchot L V，Moutinho P R，Davidson E A. 2003. Leaf-cutting ant（Atta sexdens） and nutrient cycling： Deep soil inorganic nitrogen stocks，mineralization，and nitrification in Eastern Amazonia[J]. Soil Biology and Biochemistry，35（9）：1219-1222. doi：10.1016/S0038-0717（03）00183-4.

（責任編輯 麻小燕）