鎘脅迫下地膚根際與非根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性

肖銳， 譚璐， 吳亮， 張皓， 郭佳源， 楊海君*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 4 101281； 2.長(zhǎng)沙經(jīng)開(kāi)區(qū)管委會(huì)，長(zhǎng)沙 410100；3.核工業(yè)二三〇研究所，長(zhǎng)沙 410007）

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)重金屬污染土壤的植物生長(zhǎng)以及重金屬的生物地球化學(xué)循環(huán)起到重要作用[1-2]。在所有土壤微生物中，根際微生物被定義為“受根周?chē)寥绤^(qū)域影響的微生物”，其與植物根系的直接接觸而影響著植物根際活動(dòng)[3]。實(shí)際上，每種植物在其根際都有特定的微生物群落，這在促進(jìn)宿主植物生長(zhǎng)和重金屬解毒等方面均起著重要作用[4]。在重金屬污染的土壤中，土壤微生物通過(guò)不斷調(diào)整自身群落結(jié)構(gòu)以及代謝能力以適應(yīng)不同的生長(zhǎng)環(huán)境[5]，例如：土壤微生物可通過(guò)增加碳氮固定化微生物的豐度以及代謝酶的活性來(lái)增強(qiáng)植物對(duì)重金屬毒性的抵抗能力[6]，同時(shí)，一些根際細(xì)菌可以通過(guò)細(xì)胞內(nèi)積累[7]、細(xì)胞外沉淀[8]、重金屬離子的吸附或轉(zhuǎn)化[9]來(lái)降低重金屬對(duì)植物的毒性并防止其遷移。因此，土壤根際微生物群落對(duì)植物健康、養(yǎng)分循環(huán)和植物修復(fù)過(guò)程至關(guān)重要[10]。隨著高通量測(cè)序技術(shù)在微生物多樣性與功能研究方面的應(yīng)用[11-13]，人們利用高通量測(cè)序揭示了土壤中微生物豐度與環(huán)境參數(shù)相關(guān)，鑒定出了對(duì)重金屬耐受和敏感的微生物[14]。在植物修復(fù)土壤重金屬污染方面，研究者發(fā)現(xiàn)隨著重金屬毒性的增強(qiáng)，芒草的修復(fù)能力逐漸減弱，且重金屬毒性改變了芒草土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)[15]。

地膚（Kochia scopariaL.Schrad.）為藜科地膚屬一年生草本植物，極耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠、適生性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)快、生物量大。目前對(duì)地膚的研究集中于其營(yíng)養(yǎng)成分、耐鹽生理特性[16-17]、栽培與園林應(yīng)用等方面，也有研究報(bào)道了地膚對(duì)礦區(qū)土壤重金屬的累積特性[18-20]、耐受性和富集能力[21-22]，尚未見(jiàn)鎘（Cd）脅迫對(duì)地膚根際與非根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性影響的報(bào)道。本研究以初始土壤pH 6.1、總Cd 2.753 mg·kg-1脅迫下培植150 d的地膚盆栽土壤為供試樣品，采用高通量測(cè)序技術(shù)研究Cd 脅迫下地膚根際和非根際土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)特征，明晰地膚對(duì)土壤Cd污染的耐受性與土壤微生物群落構(gòu)成變化的聯(lián)系，以期為地膚修復(fù)Cd污染土壤提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

2021 年10 月14 日在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地選取初始pH 6.1、土壤總Cd 2.753 mg·kg-1脅迫下培植150 d 長(zhǎng)勢(shì)一致的盆栽地膚根際和非根際土壤為研究對(duì)象（該處理下地膚對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均最大[23]，分別達(dá)4.22、1.71），采集地膚根際和非根際土壤樣品。根際土壤樣品采用抖落法[24]采集，挖取盆中整株地膚，揉捏地膚莖稈，拍打掉大塊土壤，輕抖根部，抖落土壤后，用滅菌的刷子輕刷黏附在地膚根表面的土壤，即為每株地膚的根際土壤（G），將3 盆6 株的根際土壤充分混勻則為1 個(gè)根際土壤樣品。輕輕抖落大塊不含根系的土壤后，用陶瓷剪刀取下附著在根系周?chē)耐寥溃鳛榉歉H土壤（F），3 盆的非根際土壤充分混勻?yàn)? 個(gè)樣本的非根際土壤樣品。將根際和非根際土壤樣品各分成2 份，用無(wú)菌自封袋封裝，一份用于土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分及總Cd測(cè)定；另一份置于冷卻泡沫箱中立即帶回實(shí)驗(yàn)室，于超凈工作臺(tái)上用2 mL 離心管進(jìn)行分裝，并立即轉(zhuǎn)移到-80 ℃超低溫冰箱保存，樣品冰凍寄存送生工生物工程（上海）股份有限公司提取土壤微生物。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別命名為G-1、G-2、G-3和F-1、F-2、F-3。

1.2 土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分及Cd含量

土壤pH 值采用電位法[24]測(cè)定；土壤含水量采用烘干法[25]測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用直接電位滴定法[26]測(cè)定；土壤全氮（total nitrogen，TN）含量采用凱氏定氮法[27]測(cè)定；堿解氮（alkaline hydrolysis nitrogen，AN）含量利用堿解擴(kuò)散法[27]測(cè)定；全磷（total phosphorus，TP）和速效磷（available phosphorus，AP）含量采用鉬銻抗比色法[27]測(cè)定；土壤總Cd含量采用王水—高氯酸消解法[28]測(cè)定。

1.3 土壤總DNA提取

采用OMEGA 試劑盒E.Z.N.A? Mag-Bind Soil DNA Kit 提取土壤微生物基因組總DNA，利用synergey HTY 酶標(biāo)儀對(duì)已提取的核酸含量進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)保守區(qū)設(shè)計(jì)引物，再在引物尾端加上測(cè)序接頭，進(jìn)行PCR 擴(kuò)增。擴(kuò)增時(shí)采用引物314F（5’-CCTACGGGNGGCWGCAG-3’）和805R（5’-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3’）擴(kuò)增細(xì)菌V3~V4區(qū)；用ITS1F（5’-CTTGGTCATTTAGAGGAAG-TAA-3’）和ITS2（5’-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3’)擴(kuò)增真菌ITS1 區(qū)；后對(duì)擴(kuò)增的細(xì)菌和真菌產(chǎn)物分別進(jìn)行純化、定量和均一化構(gòu)建文庫(kù)。已建成的文庫(kù)首先采用Qubit 3.0 定量和文庫(kù)檢測(cè)合格后，用Illumina Miseq 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。高通量測(cè)序所得到的原始圖像數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過(guò)堿基識(shí)別分析后轉(zhuǎn)換為原始序列（raw reads），然后對(duì)原始序列進(jìn)行過(guò)濾、拼接、去除嵌合體等得到有效序列（effective reads）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析。將測(cè)序原始數(shù)據(jù)去除引物接頭序列、各低質(zhì)量堿基后進(jìn)行拼接，舍棄長(zhǎng)度小于200 bp 的序列，去除非特異性擴(kuò)增序列及嵌合體后，得到各樣本的有效序列數(shù)據(jù)。采用Usearch 軟件進(jìn)行OTUs（operational taxonomic units）聚類(lèi)和物種信息分析。利用mothur 軟件進(jìn)行Alpha 多樣性指數(shù)分析，包括Ace 指數(shù)、Chao 指數(shù)、Simpson 指數(shù)和Shannon指數(shù)；用R軟件繪制稀釋曲線(xiàn)，分析土壤微生物群落在各分類(lèi)等級(jí)的相對(duì)豐度；利用Venn 圖統(tǒng)計(jì)各樣本中共有及特有的OTUs 數(shù)量；運(yùn)用R 的gplots軟件包進(jìn)行UPGMA（unweighted pair-group method using arithmetic averages）聚類(lèi)分析并作樹(shù)狀圖；利用R 軟件生成主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd 脅迫下地膚根際與非根際土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分及總Cd含量

Cd 脅迫下，地膚根際和非根際土壤的理化性質(zhì)、養(yǎng)分及Cd 含量如表1 所示。根際和非根際土壤的pH、水分、有機(jī)質(zhì)含量分別為5.01、23.26%、21.71 g·kg-1和5.56、23.76%、19.83 g·kg-1。其中根際土壤pH 及總Cd 含量顯著低于非根際土壤；根際土壤速效磷含量顯著高于非根際土壤；其余指標(biāo)在根際和非根際土壤間差異不顯著。

表1 鎘脅迫下地膚根際與非根際土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分及Cd含量Table 1 Chemical properties， nutrients and total Cd content of rhizosphere and non-rhizosphere soil of Kochia scoparia under Cd stress

2.2 土壤微生物樣品測(cè)序結(jié)果

根際土壤細(xì)菌共得到原始序列351 307條，經(jīng)拼接、質(zhì)控過(guò)濾后得到有效序列349 700 條，平均序列長(zhǎng)度412 bp；根際土壤真菌共得到原始序列233 024 條，經(jīng)拼接、質(zhì)控過(guò)濾后得到有效序列232 882 條，平均序列長(zhǎng)度264 bp。非根際土壤細(xì)菌共得到原始序列305 198條，經(jīng)拼接、質(zhì)控過(guò)濾后得到有效序列303 796條，平均序列長(zhǎng)度414 bp；非根際土壤真菌共得到原始序列248 453 條，經(jīng)拼接、質(zhì)控過(guò)濾后得到有效序列248 334 條，平均序列長(zhǎng)度261 bp。稀釋曲線(xiàn)（圖1）表明，當(dāng)細(xì)菌OTUs 數(shù)量達(dá)到1 500 左右，真菌OTUs 數(shù)目達(dá)到500 左右，稀釋曲線(xiàn)趨于平穩(wěn)，隨著數(shù)據(jù)量增大僅產(chǎn)生較少的新物種，說(shuō)明此時(shí)測(cè)序量已基本覆蓋土壤微生物類(lèi)群，試驗(yàn)結(jié)果科學(xué)可靠。

圖1 土壤樣品的稀釋曲線(xiàn)Fig. 1 Dilution curves of the soil samples

2.3 鎘脅迫下地膚根際與非根際土壤微生物群落多樣性和豐富度

2.3.1Alpha 多樣性指數(shù) 由表2 可知，地膚非根際土壤細(xì)菌的Simpson 指數(shù)大于根際土壤；而Shannon 指數(shù)小于根際土壤，因地膚非根際和根際土壤細(xì)菌的物種豐富度較接近，而均勻度差別較大，采用Simpson指數(shù)的效果更好[29]，由此表明，地膚非根際土壤細(xì)菌的群落多樣性高于根際土壤；非根際土壤細(xì)菌的Chao1 指數(shù)和ACE 指數(shù)均大于根際土壤，表明非根際土壤細(xì)菌的豐度高于根際土壤，但差異不顯著。地膚非根際土壤真菌的Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)均大于根際土壤，表明非根際土壤真菌的群落多樣性高于根際土壤，但差異不顯著；非根際土壤真菌的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)均大于根際土壤，表明非根際土壤真菌的豐度高于根際土壤，但均差異不顯著。此外，在地膚根際和非根際土壤中，除Simpson 指數(shù)外，土壤細(xì)菌的Shannon 指數(shù)、Chao1 指數(shù)、ACE 指數(shù)均高于真菌，說(shuō)明地膚根際和非根際土壤中細(xì)菌的群落多樣性和豐度均高于真菌。無(wú)論是細(xì)菌還是真菌，根際土壤的Simpson指數(shù)均小于非根際土壤，說(shuō)明非根際土壤的生物多樣性高于根際土壤。

表2 Cd脅迫下地膚根際土壤與非根際土壤中細(xì)菌和真菌群落的Alpha多樣性Table 2 Alpha index of the bacterial and fungal communities in Schrad.rhizosphere and non-rhizosphere soil of Kochia scopariaunder Cd stress

2.3.2OTUs豐度 從圖2可知，Cd脅迫下根際與非根際土壤細(xì)菌共有OTUs 為1 727 個(gè)，其中根際土壤特有OTUs 為829 個(gè)，非根際土壤特有OTUs為253 個(gè)，分別占總OUT 數(shù)量的32%和12%。由此可見(jiàn)，Cd 脅迫下根際土壤細(xì)菌特有的OTUs 數(shù)目顯著高于非根際土壤，這說(shuō)明根際土壤的細(xì)菌種類(lèi)明顯較多。Cd 脅迫下，地膚根際和非根際土壤真菌共有OTUs 為593 個(gè)，其中非根際土壤特有OTUs 為215 個(gè)，根際土樣特有OTUs 為148 個(gè)，即非根際土壤真菌特有的OTUs 數(shù)量高于根際土壤。綜上，Cd 脅迫下地膚根際和非根際土壤細(xì)菌和真菌的共有OTUs 數(shù)量明顯多于特有OTUs 數(shù)量，這說(shuō)明Cd脅迫下地膚根際與非根際土壤細(xì)菌和真菌的多樣性相似度均較高。

圖2 Cd脅迫下地膚根際和非根際土壤中細(xì)菌和真菌的OTUs分布Fig. 2 OTUs of bacteria and fungal in rhizosphere and non-rhizosphere soil of Kochia scoparia under Cd stress

2.4 鎘脅迫下地膚土壤微生物群落結(jié)構(gòu)

2.4.1地膚根際和非根際土壤微生物的群落組成 由圖3 可知，在細(xì)菌門(mén)水平上，地膚根際和非根際土壤的主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)均為綠彎菌門(mén)（Chloroflexi）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）及其他未知菌，分別占細(xì)菌總量的83.22%和70.01%。酸桿菌門(mén)（Acidobacteria）、芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes）、candidate_division_WPS-1、Candidatus_Saccharibacteria 為根際土壤特有細(xì)菌門(mén)。變形菌門(mén)、綠彎菌門(mén)在根際和非根際土壤中的相對(duì)豐度分別為42.61%、52.41%。在真菌門(mén)水平，地膚根際和非根際土壤的主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)均為子 囊 菌 門(mén)（Ascomycota） 、擔(dān) 子 菌 門(mén)（Basidiomycota）、壺菌門(mén)（Chytridiomycota）、被孢霉門(mén)（Mortierellomycota），分別占真菌總量的97.91%和98.55%，其中子囊菌門(mén)（Ascomycota）的相對(duì)豐度最高，分別為88.78%和83.88%。擔(dān)子菌門(mén)在根際土壤中的相對(duì)豐度高于非根際土壤6.61%。整體來(lái)說(shuō)，Cd 脅迫下地膚根際土壤中的優(yōu)勢(shì)微生物種群的相對(duì)豐度大于非根際土壤。

圖3 地膚根際與非根際土壤在門(mén)水平上的微生物群落組成Fig. 3 Composition of soil microbial communities in rhizosphere and non-rhizosphere of Kochia scoparia at phylum level

由圖4可知，Cd脅迫下，地膚非根際土壤細(xì)菌的主要優(yōu)勢(shì)菌屬為unclassified_Anaerolineaceae、氫噬胞菌屬（Hydrogenophaga）、unclassified_Bacteroidales、未分類(lèi)菌屬、unclassified_Planctomycetaceae；根際土壤的主要優(yōu)勢(shì)菌屬為unclassified_Anaerolineaceae、未分類(lèi)菌屬、unclassified_Bacteroidetes、unclassified_Sphingomonadaceae。其中，unclassified_Anaerolineaceae在非根際和根際土壤中的相對(duì)豐度均較高，分別為23.28%和17.32%；共有的4 個(gè)優(yōu)勢(shì)菌屬分別占非根際和根際土壤細(xì)菌總量的40.84% 和33.08%；unclassified_Sphingomonadaceae為根際土壤特有菌屬。地膚非根際土壤真菌的主要優(yōu)勢(shì)菌屬為緣刺盤(pán)菌屬（Cheilymenia）、鐮刀菌屬（Fusarium）、念珠菌屬（Candida）、unclassified_Pyronemataceae、unclassified_Sebacinaceae；根際土壤真菌主要優(yōu)勢(shì)菌屬為緣刺盤(pán)菌屬、鐮刀菌屬、斜蓋傘屬（Clitopilus）、念珠菌屬、擬盤(pán)多毛孢屬（Neopestalotiopsis）。其中，緣刺盤(pán)菌屬在非根際和根際土壤中的相對(duì)豐度均較高，分別為54.90%和50.39%。由此說(shuō)明，Cd脅迫下地膚根際和非根際土壤細(xì)菌和真菌種群和豐度在屬水平上存在差距。

圖4 地膚根際與非根際土壤在屬水平上的微生物群落組成Fig. 4 Composition of soil microbial communities in rhizosphere and non-rhizosphere of Kochia scoparia at genus level

對(duì)根際和非根際土壤間進(jìn)行比較，結(jié)果（圖5）表明，在細(xì)菌群落中，乳酸桿菌屬（Lactobacillus）和芽孢桿菌屬（Bacillus）在根際土壤中的相對(duì)豐度顯著高于非根際土壤；在真菌群落中，unclassified_Sordariomycetes、擬盤(pán)多毛孢屬、unclassified Botryosphaeriaceae、厚垣輪枝孢菌屬（Metacordyceps）在根際土壤中的相對(duì)豐度顯著高于非根際土壤；柄孢殼菌屬（Podospora）、Plectosphaerella、Gibellulopsis、 彎 孢 霉 屬（Curvularia） 、Gongronella、Myxocephala、維希尼克氏酵母菌屬（Vishniacozyma）、Pseudeurotium在非根際土壤中的相對(duì)豐度顯著高于根際土壤。

由聚類(lèi)分析（圖6）可知，非根際土壤細(xì)菌群落中的優(yōu)勢(shì)菌屬主要集中于unclassified_Anaerolineaceae、未分類(lèi)菌屬、unclassified_Bacteroidales、氫噬胞菌屬（Hydrogenophaga）、硫磺屬（Sulfurovum）等11個(gè)屬；根際土壤細(xì)菌群落中優(yōu)勢(shì)菌屬主要集中于芽單胞菌屬（Gemmatimonas）、Gp1、Gp3、unclassified_Sphingomonadaceae、unclassified_Betaproteobacteria等16 個(gè)屬。其中鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、Gp3、WPS-1_genera_incertae_sedis等在根際土壤中的相對(duì)豐度顯著高于非根際土壤，說(shuō)明非根際土壤與根際土壤細(xì)菌群落組成差異較大。

圖6 地膚根際與非根際土壤微生物群落聚類(lèi)熱圖Fig. 6 Cluster heat map of microbial communities of rhizosphere and non-rhizosphere soil of Kochia scoparia

非根際土壤真菌群落中的優(yōu)勢(shì)菌屬主要集中于緣刺盤(pán)菌屬、鐮刀菌屬、念珠菌屬、unclassified_Pyronemataceae、unclassified_Sebacinaceae等6 個(gè)屬；根際土壤真菌群落中的優(yōu)勢(shì)菌屬主要集中于緣刺盤(pán)菌屬、鐮刀菌屬、斜蓋傘屬、unclassified_Pyronemataceae、念珠菌屬、擬盤(pán)多毛孢屬、Cristinia等8個(gè)屬（圖6）。由此說(shuō)明，非根際與根際土壤的真菌群落組成存在較大差異。

2.4.2PCA分析 PCA分析可對(duì)原有的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，揭示隱藏在復(fù)雜數(shù)據(jù)背后的結(jié)構(gòu)[30]。通過(guò)分析不同樣本的微生物群落組成可以反映樣本間的差異性及相似性，如圖7 所示。對(duì)于細(xì)菌群落結(jié)果，主成分1 和主成分2 的貢獻(xiàn)率分別為62.51%和23.96%，即分別解釋了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)62.51%和23.96%的變異；地膚根際和非根際土壤的細(xì)菌群落在組內(nèi)分布均較為分散，組間差異性較大，即根際和非根際土壤細(xì)菌群落的相似性較低。對(duì)于真菌群落組成，主成分1 和主成分的貢獻(xiàn)率分別為41.81%和23.55%；地膚非根際土壤不同重復(fù)間距離較近，群落組成相似，而根際土壤不同重復(fù)間較為分散，說(shuō)明群落組成差異較大。上述結(jié)果表明，地膚根際和非根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)有較大差異。

圖7 地膚根際土壤與非根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)主成分分析Fig. 7 Principal component analysis of microbial community structure in rhizosphere soil and non-rhizosphere soil of Kochia scoparia

3 討論

根際是植物-土壤-微生物與其環(huán)境條件相互作用最為活躍的場(chǎng)所。根際微生物可通過(guò)促進(jìn)礦物礦化、催化土壤生物化學(xué)過(guò)程等方式提高土壤中植物可利用形態(tài)營(yíng)養(yǎng)元素的含量及植物對(duì)逆境的適應(yīng)性[31]。植物根際土壤存在大量具有植物促生特性的菌群，對(duì)植物的生長(zhǎng)、耐受逆境脅迫等方面起重要作用[32]。因此，研究植物根際土壤微生物多樣性的變化有利于揭示植物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，對(duì)植物尤其是用作重金屬污染土壤修復(fù)的植物十分有意義。目前，利用高通量測(cè)序技術(shù)研究植物根際土壤微生物多樣性已有較多報(bào)道。Liu等[33]研究了三葉植物修復(fù)過(guò)程中根際土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和組成，發(fā)現(xiàn)在修復(fù)后，其Shannon 指數(shù)上升，Simpson 指數(shù)下降，表明種植三葉植物提高了土壤微生物群落的豐富度和均勻性，且修復(fù)后的微生物—植株系統(tǒng)對(duì)重金屬的抗性得到增強(qiáng)。金裕華等[34]研究了在重金屬污染環(huán)境下木本植物根際微生物群落多樣性，發(fā)現(xiàn)其修復(fù)區(qū)土壤細(xì)菌、放線(xiàn)菌及總菌群數(shù)量均顯著高于對(duì)照區(qū)土壤，而對(duì)照區(qū)土壤的真菌數(shù)量顯著高于木本植物修復(fù)區(qū)土壤；且木本植物修復(fù)區(qū)土壤微生物群落種類(lèi)多、分布均勻，利用木本植物修復(fù)土壤可提高土壤微生物群落功能多樣性。卞方圓等[35]研究了重金屬?gòu)?fù)合污染下毛竹純林、毛竹與伴礦景天間作林2 種不同種植模式對(duì)土壤微生物群落的影響，發(fā)現(xiàn)毛竹純林土壤微生物的Shannon指數(shù)和Chao指數(shù)最高，表明種植修復(fù)植物有利于增加土壤細(xì)菌群落多樣性。本研究通過(guò)對(duì)地膚根際和非根際土壤細(xì)菌16S rRNA V3~V4 序列和真菌 ITS1~ITS2 區(qū)進(jìn)行測(cè)序，共獲得4 536 個(gè)細(xì)菌OTUs、1 549 個(gè)真菌OTUs。其中，根際土壤細(xì)菌和真菌檢測(cè)到2 556和741 個(gè)OTUs，非根際土壤細(xì)菌檢測(cè)到1 980 和808 個(gè)OTUs；根際細(xì)菌和真菌特有的OTUs 占比分別為32.43%和19.97%，非根際細(xì)菌和真菌特有OTU 占比分別為12.78%和26.61%。由此表明，根際土壤細(xì)菌擁有較多特有的OTUs，非根際土壤真菌擁有較多獨(dú)有的OTUs；且地膚根際土壤的微生物多樣性高于非根際土壤，這與吳秋芳等[36]研究結(jié)果一致。

本研究中，地膚根際和非根際土壤細(xì)菌隸屬于35門(mén)、83綱、131目、249科、473屬。在門(mén)水平上，根際與非根際土壤細(xì)菌共有的菌門(mén)主要是綠彎菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、養(yǎng)菌門(mén)、疣微菌門(mén)和降氨酸菌門(mén)。Kaplan 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，上述這些細(xì)菌也存在于重金屬污染的農(nóng)田土壤中。其中綠彎菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)在地膚根際和非根際土壤中均占主導(dǎo)地位，表明它們是根與微生物相互作用正反饋的主要促進(jìn)因素，這與Yang 等[38]的研究結(jié)果一致。這一現(xiàn)象可能與細(xì)菌的生命策略（富營(yíng)養(yǎng)、貧營(yíng)養(yǎng)或兼性貧營(yíng)養(yǎng)）有關(guān)，因?yàn)楦粻I(yíng)養(yǎng)細(xì)菌比貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌在碳資源方面更具競(jìng)爭(zhēng)力[39-40]。變形菌門(mén)是所有菌群中最為豐富的菌門(mén)，對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、硫的循環(huán)有顯著促進(jìn)作用[41]。變形菌門(mén)是重金屬高污染環(huán)境中的主要細(xì)菌門(mén)，包括礦山沉積物、地表水和被重金屬污染的土壤[42]。綠彎菌門(mén)是土壤生態(tài)循環(huán)的重要組成部分，它能通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能來(lái)適應(yīng)貧瘠的環(huán)境，且在重金屬污染土壤中占有優(yōu)勢(shì)地位[43]。放線(xiàn)菌門(mén)中包含許多可產(chǎn)抗生素、酶和有機(jī)酸等的細(xì)菌，其豐度的高低可作為土壤健康狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)[41]。本研究發(fā)現(xiàn)，地膚根際土壤中放線(xiàn)菌門(mén)的相對(duì)豐度是非根際土壤的2倍左右，這表明放線(xiàn)菌在重金屬污染土壤修復(fù)中起重要作用。放線(xiàn)菌對(duì)植物生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)獲取、重金屬解毒、減輕生物和非生物脅迫起重要作用[44]。由于對(duì)重金屬具有抗性，放線(xiàn)菌總是存在于重金屬污染的土壤中，此菌群可以取代高敏感性真菌作為土壤中的主要分解者[45]。本研究表明，酸桿菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、candidate_division_WPS-1、Candidatus_Saccharibacteria 為根際土壤特有細(xì)菌門(mén)。Barns 等[46]研究證明，酸桿菌門(mén)、浮霉菌門(mén)、candidate_division_WPS-1 是典型的慢生長(zhǎng)型貧營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌，酸桿菌門(mén)不僅具有抵抗?jié)B透脅迫的能力，還具有抵抗重金屬污染和其他極端環(huán)境的能力，且可以在土壤濕度起伏大的環(huán)境中生存。據(jù)報(bào)道，芽單胞菌屬和鞘脂單胞菌屬是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有益細(xì)菌[47-48]；Gp1、Gp3和Gp6可以幫助植物吸收養(yǎng)分，提高植物生產(chǎn)力[49]。本研究表明，芽單胞菌屬、Gp1、Gp3、unclassified_Sphingomonadaceae為根際土壤的優(yōu)勢(shì)菌屬，這表明地膚根際土壤具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)和重金屬解毒的優(yōu)勢(shì)微生物種群，該結(jié)果為研究地膚在Cd 脅迫下健康生長(zhǎng)的機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。

地膚根際和非根際土壤真菌隸屬于13 門(mén)、47綱、116目、247科、431屬。在門(mén)水平上，根際和非根際土壤中的真菌優(yōu)勢(shì)菌群主要是子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、被孢霉門(mén)和壺菌門(mén)。其中子囊菌門(mén)在非根際土壤和根際土壤中均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)豐度分別為88.78%和83.88%。子囊菌是世界上最豐富和分布最廣泛的土壤真菌[50]，它的繁殖能力極強(qiáng)，能產(chǎn)生大量的無(wú)性孢子，且生長(zhǎng)迅猛，使其在數(shù)量上占顯著優(yōu)勢(shì)，這可能是子囊菌在很多植物根際中占比較大的原因[51]。子囊菌是生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)因素，其在土壤穩(wěn)定性、植物生物量分解中發(fā)揮作用，還可與植物形成共生關(guān)系[52]。Lin 等[53]研究發(fā)現(xiàn)，子囊菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、壺菌門(mén)與重金屬污染的相關(guān)性較強(qiáng)，可通過(guò)增強(qiáng)對(duì)環(huán)境壓力的防御生存，即使在各種重金屬環(huán)境中也是如此[54]，擔(dān)子菌門(mén)具有轉(zhuǎn)移重金屬的能力[53]。本研究發(fā)現(xiàn)，地膚根際土壤真菌中擔(dān)子菌門(mén)的相對(duì)豐度較非根際土壤提高6.61%；而根際土壤的總Cd 含量（2.06 mg·kg-1）低于非根際土壤（2.14 mg·kg-1），由此表明，擔(dān)子菌在重金屬水平較低的環(huán)境中數(shù)量顯著增加。這表明擔(dān)子菌更適合在重金屬污染水平相對(duì)較低的環(huán)境中發(fā)揮作用，與Tian 等[55]的研究結(jié)果一致。被孢霉門(mén)真菌是土壤中較為常見(jiàn)的真菌，具有促進(jìn)植物根系吸收養(yǎng)分、抑制病原菌等功能[56]。在屬水平上，緣刺盤(pán)菌屬和鐮刀菌屬為地膚根際和非根際土壤真菌的2 大優(yōu)勢(shì)菌屬，累計(jì)相對(duì)豐度均在60%以上。研究發(fā)現(xiàn)，重金屬污染區(qū)域中鐮刀菌是繼青霉菌的第二大高豐度真菌，且分離出的鐮刀菌屬真菌對(duì)培養(yǎng)基中金屬離子水平均十分敏感，這表明鐮刀菌屬真菌對(duì)重金屬有一定耐受性[57]，但對(duì)高水平重金屬污染的抵抗力較差[58]。此外，在地膚根際與非根際土壤中，均有較大比例的未知菌群，這些未知菌群的生態(tài)學(xué)功能有待進(jìn)一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，在地膚根際土壤中促進(jìn)植物生長(zhǎng)和重金屬解毒的微生物菌群占優(yōu)勢(shì)，且根際土壤微生物的多樣性高于非根際土壤，包括放線(xiàn)菌門(mén)、疣微菌門(mén)、降氨酸菌門(mén)、擔(dān)子菌門(mén)、壺菌門(mén)以及unclassified_Betaproteobacteria、鐮刀菌屬、斜蓋傘屬、念珠菌屬、擬盤(pán)多毛孢屬、unclassified_Branch06等，它們?cè)诟H土壤中的相對(duì)豐度高于非根際土壤。由此表明，種植地膚可以增加土壤微生物豐富度，進(jìn)而增強(qiáng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減輕Cd污染土壤給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的危害。但是，由于本研究未對(duì)空白樣品（未種植地膚的Cd 污染土壤）進(jìn)行分析，僅比較了地膚根際和非根際土壤微生物群落的變化情況，無(wú)法比較種植地膚對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，雖得出了地膚根際土壤較非根際土壤中促進(jìn)植物生長(zhǎng)和重金屬解毒的微生物菌群更占優(yōu)勢(shì)，但究竟是哪種優(yōu)勢(shì)菌群對(duì)地膚在Cd 污染土壤中的健康生長(zhǎng)起決定作用目前尚無(wú)法確定，有待進(jìn)一步研究。