不同宿根性甘蔗品種根際土壤微生物學(xué)特性分析

摘要：分析不同宿根性甘蔗品種根際土壤微生物的群落組成及多樣性，了解根際土壤微生態(tài)與宿根性的關(guān)系，為評價(jià)甘蔗宿根潛力及促進(jìn)我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。采用盆栽種植甘蔗品種桂熱2號(hào)（GR2，設(shè)為處理1）、柳城05136（LC05136，設(shè)為處理2）和新臺(tái)糖22號(hào)（ROC22，設(shè)為處理3），于分蘗期采集其根際土壤及未種植甘蔗的盆土（CK），利用傳統(tǒng)培養(yǎng)法結(jié)合高通量測序等技術(shù)，分析其微生物區(qū)系及土壤酶活性。結(jié)果表明，4個(gè)處理間可培養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)存在一定差異，在數(shù)量方面均表現(xiàn)為細(xì)菌＞放線菌＞真菌，細(xì)菌與真菌比表現(xiàn)為處理1＞處理3＞處理2＞CK；UE、SC、ACP活性在4個(gè)處理間存在極顯著差異，CAT活性在不同甘蔗品種的根際土壤間存在極顯著差異；高通量測序結(jié)果表明，4個(gè)處理的細(xì)菌優(yōu)勢菌門相似，主要包括變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、黏球菌門（Myxococcota）、厚壁菌門（Firmicutes）和放線菌門（Actinobacteria），各處理間優(yōu)勢菌門的豐度存在差異，其中占比最高的變形菌門表現(xiàn)為處理1（43.17%）gt;處理3（40.66%）gt;處理2（37.28%）gt;CK（35.44%）；4個(gè)處理的真菌優(yōu)勢菌門主要為子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota），此外，豐度排名前10位的其余菌門在不同處理間占比也存在一定差異，如處理1根際土壤的被孢霉門（Mortierellomycota）占比高于其他品種，而蛙糞霉門（Basidiobolomycota）占比低于其他品種。冗余分析結(jié)果表明，土壤酶活性與土壤微生物群落有著較強(qiáng)的相關(guān)性。綜上表明，種植甘蔗改變了原土壤的生態(tài)環(huán)境，不同宿根性甘蔗品種根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和酶活性存在一定差異，初步推測宿根性強(qiáng)的甘蔗品種在分蘗期其根際化學(xué)反應(yīng)相對較強(qiáng)，且其根際微生物群落結(jié)構(gòu)較理想。本研究結(jié)果可為“甘蔗―根際微生物”的互作在甘蔗宿根性上的研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：甘蔗；宿根性；根際土壤；微生物

中圖分類號(hào)：S566.106.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）12-0253-08

宿根栽培作為甘蔗生產(chǎn)的重要手段，具有早熟、增產(chǎn)、省工、省種等優(yōu)勢，因此，甘蔗的宿根性已成為評價(jià)甘蔗品種好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。廣西壯族自治區(qū)甘蔗種植面積占全國60%以上，但種植年限多為2～3年，且宿根蔗產(chǎn)量不理想，而國際上主要蔗糖生產(chǎn)國的甘蔗生長周期一般為5～8年［1］，因此，延長甘蔗宿根年限對激發(fā)蔗區(qū)生產(chǎn)潛力、保障我國蔗糖產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展及提高我國甘蔗產(chǎn)業(yè)在國際上的競爭力顯得尤為重要。根系微域作為連接土壤與植株的重要區(qū)域，承載著植物的第2套基因組［2］，在植物生長過程中發(fā)揮著重要作用。因此，分析不同宿根性甘蔗品種的根際土壤微生物學(xué)和酶學(xué)特性，揭示其在甘蔗品種宿根性表現(xiàn)上的作用機(jī)制，對評價(jià)甘蔗宿根潛力及實(shí)現(xiàn)我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。植物與土壤微生物在根際微生境中共存并發(fā)生協(xié)同作用，植物通過控制根系分泌物的種類和數(shù)量募集微生物，微生物在根際逐步被篩選，從而使不同植物形成不同的根際微生物群落結(jié)構(gòu)［3-4］，而不同微生物根據(jù)其固氮、解磷、解鉀、硝化和反硝化等功能的不同，對植物生長發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。已有研究證實(shí)，植物根際富集的細(xì)菌類群主要有變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和放線菌門（Actinobacteria），根際排斥的微生物類群為酸桿菌門（Acidobacteria）［5-9］。Chaparro等研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥在生長過程中保持著核心的根際微生物組，這種核心微生物組可能在植物發(fā)育的不同階段表達(dá)不同功能，且土壤微生物群落中酸桿菌門、放線菌門、擬桿菌門和藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）的量與根系分泌物中的酚酸組分密切相關(guān)［10］。此外，同種作物不同品種其根際土壤微生物也可能存在差異［11-12］，同一作物在不同生育時(shí)期［13-14］和不同營養(yǎng)狀態(tài)［15-16］下根際微生物也會(huì)呈現(xiàn)一定的動(dòng)態(tài)變化。根際作為地球上最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一［17］，也是連作障礙防治技術(shù)及原理研究的熱區(qū)。常亞鋒等研究表明，隨著種植年限的增加，三七根際酚酸物質(zhì)降解能力不足可能是導(dǎo)致其積累并驅(qū)動(dòng)根際微生態(tài)失衡和形成連作障礙的重要原因［18］。張敏等發(fā)現(xiàn)，根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變可能是導(dǎo)致甘草發(fā)生連作障礙的重要原因之一［19］。高子勤等也從根際微生態(tài)角度闡述了連作障礙的機(jī)制及緩解措施，隨著研究手段的不斷更新，植物根圈這個(gè)“黑匣子”也逐漸被大家深入了解［20-21］。近年來，大量科研人員從不同甘蔗品種［11］、不同種植模式［22-24］、根際微生物多樣性［25-26］、病害與根際微生物關(guān)系［27-29］及相關(guān)功能微生物的挖掘與利用［30-32］等方面深入探究了甘蔗根際微域環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)甘蔗作物與環(huán)境生物的高效適應(yīng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。迄今，有關(guān)甘蔗宿根性的評價(jià)主要集中在宿根發(fā)株情況、蔗莖產(chǎn)量和蔗兜形態(tài)［33-35］等方面，但對甘蔗宿根性的差異機(jī)制仍知之甚少，甘蔗宿根性與根際土壤微生態(tài)環(huán)境相關(guān)性的研究也鮮見系統(tǒng)報(bào)道。本研究通過分析宿根性不同的甘蔗品種其根際土壤微生物及酶學(xué)特性的差異，探究不同宿根性甘蔗品種與微生物相互作用與合作的潛力，以期為甘蔗宿根性研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022年4—6月在廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所甘蔗種植資源圃進(jìn)行。供試甘蔗品種為廣西亞熱帶作物研究所自主選育的品種桂熱2號(hào)（GR2，宿根性強(qiáng)）、當(dāng)前主產(chǎn)區(qū)種植面積較大的品種柳城05136（LC05136，宿根性好）及在過去的十幾年里作為廣西當(dāng)家品種的新臺(tái)糖22號(hào)（ROC22，品種退化使其宿根性弱），以其盆栽分蘗期采集的根際土壤為研究對象。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 選擇在沙床培育生長情況一致的各品種甘蔗苗，于2022年4月13日分別移栽至室外花盆，品種GR2、LC05136、ROC22分別設(shè)為處理1、處理2、處理3，每個(gè)品種種植10盆，每盆種植1株，并以5盆不種植任何作物的土壤作為空白對照（CK）。盆栽土壤為甘蔗地典型紅壤土，敲碎過篩后裝盆；甘蔗生長后期均在相同條件下進(jìn)行常規(guī)栽培管理。種植前土壤的理化性狀見表1。

1.2.2 土壤采集

土壤樣品于2022年6月27日（甘蔗分蘗期）采集，去除盆栽表土后將整株植株取出，抖落部分土壤，將黏在甘蔗根上的土壤收集于無菌封口袋中，放入冰盒，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過篩處理，處理后分成3份，一份存于-80 ℃冰箱，用于高通量測序，一份存于4 ℃冰箱，用于可培養(yǎng)微生物分析，一份風(fēng)干后用于酶活性測定。

1.2.3 測定項(xiàng)目及方法

土壤可培養(yǎng)微生物測定：采用稀釋平板法培養(yǎng)根際土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌、真菌和放線菌。細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨（NA）培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬鈴薯（PDA）培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，3種培養(yǎng)基均參考林先貴的方法［36］進(jìn)行配制。培養(yǎng)結(jié)束后記錄微生物菌落形成單位，計(jì)算公式如下：

土壤樣品菌落形成單位（CFU/g）=同一稀釋度3次重復(fù)的菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×10。

土壤酶活性測定：新鮮土樣自然風(fēng)干后，過50目篩，采用微量法分別檢測土壤過氧化氫酶（CAT）、脲酶（UE）、酸性磷酸酶（ACP）和蔗糖酶（SC）活性。

土壤細(xì)菌和真菌高通量測序：收集的新鮮根際土壤保存于-80 ℃冰箱，提取土壤微生物DNA，經(jīng)檢測合格后用于構(gòu)建文庫，以各土壤樣品微生物總DNA為模板，選用編碼16S rRNA的V3～V4區(qū)（341F/ 806R）引物作為根際土壤細(xì)菌的擴(kuò)增引物，以及編碼位于真核生物核糖體rDNA序列18S和5.8S間的引物（ITS1）作為真菌的擴(kuò)增引物（引物序列見表2），通過擴(kuò)增、純化、定量等制備高質(zhì)量測序樣品，采用Illumina NovaSeq測序平臺(tái)對PCR產(chǎn)物進(jìn)行雙端測序分析，委托武漢邁特維爾生物科技有限公司完成測序。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和制圖，以DPS 7.05進(jìn)行差異性分析，高通量測序結(jié)果在邁維—云平臺(tái) （https：//cloud.metware.cn ）上進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同宿根性甘蔗品種根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的差異

由表3可知，3個(gè)不同宿根性甘蔗品種的根際土壤及CK土壤的可培養(yǎng)微生物在數(shù)量方面表現(xiàn)為細(xì)菌gt;放線菌gt;真菌，其中，處理1的可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)顯著高于其他3個(gè)處理，而真菌數(shù)量顯著低于處理2與CK；各處理間土壤的可培養(yǎng)放線菌數(shù)量差異不顯著；各處理間土壤的細(xì)菌與真菌比表現(xiàn)為處理1＞處理3＞處理2＞CK。細(xì)菌與真菌比值顯示，宿根性強(qiáng)的GR2屬于“細(xì)菌型”品種，宿根性好的LC05136和宿根性弱的ROC22傾向于“真菌型”品種。說明宿根性強(qiáng)的甘蔗品種其根系在一定程度上更傾向于募集生長速度更快的細(xì)菌來協(xié)助植株生長。

2.2 不同宿根性甘蔗品種根際土壤酶活性的差異

由表4可知，各處理間的UE、SC和ACP活性存在極顯著差異，不同甘蔗品種根際土壤的CAT活性存在極顯著差異；處理1的UE和ACP活性最高，處理3的SC和CAT活性最高?？梢?，不同品種間根際土壤化學(xué)反應(yīng)環(huán)境不同，其中，強(qiáng)宿根性品種GR2根際土壤的UE和ACP活性最高，而宿根性弱的品種ROC22根際土壤的SC活性及CAT活性最高，表明GR2根際土壤氮循環(huán)及有機(jī)磷礦化等反應(yīng)更強(qiáng)烈，而ROC22根際土壤有機(jī)碳積累與分解轉(zhuǎn)化較活躍。

2.3 基于Illumina MiSeq高通量測序的甘蔗根際土壤微生物多樣性

2.3.1 樣品測序結(jié)果分析

對不同宿根性甘蔗品種根際土壤樣品及空白土壤在97%相似水平下進(jìn)行Illumina高通量測序，共得到細(xì)菌優(yōu)化數(shù)據(jù)量 266 794 條有效序列，真菌優(yōu)化數(shù)據(jù)量290 790條有效序列（表5）。其中，CK土壤樣品的細(xì)菌序列數(shù)最高，為70 232條，但其真菌序列數(shù)最低，為69 101條；細(xì)菌16S rRNA V3～V4區(qū)的長度在311～430 bp 之間，真菌ITS1長度在12～350 bp之間，從序列長度的分布來看，本研究測得的序列與16S rRNA V3～V4區(qū)序列及真菌ITS1序列長度基本吻合。

2.3.2 土壤微生物群落的α多樣性分析

由表6可知，測序結(jié)果的覆蓋率均達(dá)到97.0%以上，說明測序結(jié)果能真實(shí)反映樣品中的微生物群落；處理1細(xì)菌群落的OTU數(shù)量和多樣性指數(shù)（Shannon指數(shù)）均顯著低于處理2與CK，與處理3差異不顯著；4個(gè)處理間細(xì)菌群落的豐富度指數(shù)（Chao1指數(shù)）差異不顯著；真菌群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為品種間差異不顯著，但其OTU數(shù)量和多樣性指數(shù)均顯著高于CK；處理1的豐富度指數(shù)顯著高于CK。說明種植甘蔗在一定程度上改變了土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)，而不同甘蔗品種間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異比真菌群落結(jié)構(gòu)的差異相對明顯。

2.3.3 土壤微生物群落的β多樣性分析

β多樣性分析是對不同樣本的微生物群落構(gòu)成進(jìn)行比較分析，本研究選用Weighted Unifrac距離來衡量2個(gè)樣本間的相異系數(shù)。圖1-A可知，GR2的根際土壤細(xì)菌群落與CK土壤差異最明顯，相異系數(shù)達(dá)0.217；LC05136和ROC22根際土壤真菌群落與CK土壤真菌群落的相異系數(shù)分別為0.172和0.170；3個(gè)甘蔗品種土壤細(xì)菌群落的相異系數(shù)差異相對較小，均為0.10左右。由圖1-B可知，GR2的根際土壤真菌群落與CK土壤差異最明顯，相異系數(shù)達(dá)0.302，LC05136和ROC22根際土壤真菌群落與CK土壤真菌群落的相異系數(shù)分別為0.255和0.262；3個(gè)甘蔗品種土壤真菌群落之間的相異系數(shù)在 0.194～0.243之間。說明甘蔗根系改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，且不同品種其根際微生物多樣性存在一定差異，此外，與空白土壤的微生物群落物種多樣性相比，3個(gè)不同宿根性甘蔗品種中GR2的根際土壤微生物群落物種多樣性差異較大。

2.3.4 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成分析

根據(jù)聚類得到OTU結(jié)果，分析不同處理之間共有、特有的OTU，繪制成韋恩圖。由圖2-A可知，4個(gè)土壤樣品共檢測出4 460個(gè)共有細(xì)菌OTU；處理1、處理2、處理3、CK的特有OTU數(shù)量分別為258、357、267、490個(gè)，而各處理樣品總OTU數(shù)量分別為6 264、6 589、6 384和6 457，各組特有OTU數(shù)占其總OTU數(shù)量比例分別為4.12%、5.42%、4.18%和7.59%。根據(jù)物種注釋結(jié)果，選取每個(gè)處理在門水平上最大豐度排名前10的物種，生成物種相對豐度柱形累加圖（圖3），以便直觀查看各處理在門水平上相對豐度較高的物種及其比例。由圖3-A可知，各處理土壤的優(yōu)勢細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似，主要包括變形菌門（35.44%～43.17%）、酸桿菌門（13.60%～17.33%）、黏球菌門（Myxococcota，5.81%～7.67%）、厚壁菌門（Firmicutes，5.67%～9.79%）、放線菌門（9.24%～9.90%）、綠彎菌門（Chloroflexi，4.11%～4.64%）、擬桿菌門（Bacteroidetes，3.90%～4.59%）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes，2.39%～3.18%）和疣微菌門（Verrrucomicrobiota，1.89%～2.44%），但優(yōu)勢菌門的豐度在各處理間存在一定差異，其中，占比最高的變形菌門的豐度表現(xiàn)為處理1（GR2，43.17%）gt;處理3（ROC22，40.66%）gt;處理2（LC05136，37.28%）gt;CK（35.44%），厚壁菌門在GR2和LC05136的根際土壤中占比較高，黏球菌門的占比在CK土壤和ROC22根際土壤中較高。

由圖2-B可知，4個(gè)土壤樣品共檢測出1 143個(gè)共有真菌OTU；處理1、處理2、處理3、 CK的特有OTU數(shù)量分別為271、233、214、176個(gè)，而各處理樣品總OTU數(shù)量分別為2 164、2 061、2 022和1 857個(gè)，各組特有OTU數(shù)占其總OTU數(shù)量比例分別為12.52%、11.31%、10.58%和9.48%。由圖3-B可知，各處理土壤的優(yōu)勢真菌門主要為子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota），子囊菌門占比表現(xiàn)為處理3（61.46%）gt;處理1（56.87%）gt;CK（55.77%）gt;處理2（54.66%）；擔(dān)子菌門占比表現(xiàn)為CK（29.39%）gt;處理2（22.56%）gt;處理1（19.63%）=處理3（19.63%）。此外，處理1中被孢霉門（Mortierellomycota）、壺菌門（Chytridiomycota）、羅茲菌門（Rozellomycota）、梳霉門（Kickxellomycota）的占比均高于其他樣品；蛙糞霉門（Basidiobolomycota）占比在處理2中最高，其次為處理3，再次為處理2，CK最低。

綜上所述，不同處理間細(xì)菌與真菌優(yōu)勢菌門類似，但其豐度存在一定差異，說明種植甘蔗以及種植不同甘蔗品種可能不會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落組成發(fā)生根本性改變，但群落結(jié)構(gòu)存在差異，推測是由于不同品種其根系分泌物不一樣使其在根際微域中產(chǎn)生對某類微生物進(jìn)行募集或者拮抗的反作用，從而形成其特有的微生物群落結(jié)構(gòu)。

2.4 不同宿根性甘蔗品種根際土壤酶活性與土壤微生物群落的冗余分析（RDA）

為明確土壤酶活性對甘蔗根際土壤細(xì)菌群落的影響，分別在細(xì)菌門分類水平、真菌門分類水平上對土壤微生物群落進(jìn)行冗余分析，結(jié)果（圖4）表明，LC06135與GR2的根際土壤細(xì)菌和真菌均分布在同一象限，ROC22的根際土壤細(xì)菌和真菌分布在第2象限，CK的根際土壤細(xì)菌和真菌分布在第3象限，說明4個(gè)處理的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)存在較大差異。由圖4-A可知，細(xì)菌RDA分析的第1軸（RDA1）和第2軸（RDA2）分別解釋了土壤酶活性與細(xì)菌群落89.38%和7.86%的相關(guān)性，累積解釋量達(dá)97.24%，說明RDA1與RDA2能較好地反映土壤酶活性與土壤微生物的關(guān)系，且主要以RDA1解釋為主；土壤ACP活性與厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門占比呈正相關(guān)，與酸桿菌門和疣微菌門占比呈負(fù)相關(guān)；土壤CAT、SC和UE活性與疣微菌門、放線菌門和變形菌門的占比呈正相關(guān)，與擬桿菌門的占比呈負(fù)相關(guān)。由圖4-B可知，真菌RDA分析的第1軸（RDA1）和第2軸（RDA2）分別解釋了土壤酶活性與真菌群落89.94%和7.92%的相關(guān)性，累積解釋量達(dá)97.86%，主要以RDA1解釋為主；土壤ACP活性與梳霉門、被孢霉門、羅茲菌門、壺菌門、球囊菌門和蛙糞霉門的占比呈正相關(guān)，與擔(dān)子菌門的占比呈負(fù)相關(guān)；土壤CAT、SC和UE活性與芽枝霉門（Blastocladiomycota）、捕蟲霉亞門（Zoopegomcota）、子囊菌門的占比呈正相關(guān)，與擔(dān)子菌門的占比呈負(fù)相關(guān)。以上結(jié)果均說明土壤酶活性與土壤微生物群落有著較強(qiáng)的相關(guān)性。

3 討論

宿根栽培作為甘蔗生產(chǎn)的一種重要栽培方式，具有省工、省種、成本低等優(yōu)點(diǎn)，延長甘蔗宿根年限對提高我國甘蔗產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要意義。已有研究表明，根際微生態(tài)的變化如根際微生物群落結(jié)構(gòu)失衡［18-19］、根際土壤理化性質(zhì)惡化［37］是作物發(fā)生連作障礙的主要原因之一。農(nóng)澤梅等研究表明，不同品種宿根甘蔗根際細(xì)菌的多樣性存在顯著差異［11］；楊尚東等研究表明，甘蔗根際微環(huán)境的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變可能是導(dǎo)致甘蔗宿根矮化病發(fā)生的原因之一［27］；劉鉞從根際微生態(tài)角度研究了甘蔗根腐病、甘蔗黑穗病的發(fā)病原因及其生物防治途徑［28-29］。本研究分析不同宿根性甘蔗品種的土壤微生物學(xué)特性差異，探究不同品種其特定的根系微生物群落結(jié)構(gòu)，對選育出理想根型的甘蔗品種從而實(shí)現(xiàn)理想株型與理想根型的深度融合具有重要意義。

不同植物或同一植物不同品種在根際微域中，隨著自身的生長不斷從根外土、根際土及根內(nèi)篩選微生物，從而逐步形成其特有的微生物群落結(jié)構(gòu)［4］。本研究結(jié)果表明，不同處理土壤細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)均存在一定差異，細(xì)菌主要以變形菌門、酸桿菌門、黏球菌門、厚壁菌門和放線菌門為優(yōu)勢菌門，真菌主要以子囊菌門、擔(dān)子菌門為優(yōu)勢菌門；3個(gè)不同宿根性甘蔗品種的根際土壤優(yōu)勢菌門占比與CK土壤呈現(xiàn)一定的差異，其中占比最高的變形菌門在4個(gè)處理間表現(xiàn)為處理1gt;處理3gt;處理2gt;CK，厚壁菌門的豐度也表現(xiàn)出3個(gè)甘蔗品種根際土壤高于CK土壤，而酸桿菌門的豐度在4個(gè)處理間表現(xiàn)為處理1﹤處理3﹤處理2﹤CK。已有研究表明，非根際土壤中寡營養(yǎng)型細(xì)菌門如酸桿菌門在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢，植物根際土壤中的微生物群落以生長速度更快的富營養(yǎng)型細(xì)菌為主，如變形菌門和厚壁菌門［38-39］，本研究結(jié)果與其一致。此外，曾有研究證實(shí)，被孢霉門對病原菌具有拮抗作用，蛙糞霉菌在病害組的土壤中含量較高［40-41］。本研究中，高通量測序結(jié)果顯示GR2根際土壤的被孢霉門占比高于其他品種，而蛙糞霉門占比低于其他品種，因此推測，品種GR2在抵抗病害上具有一定的優(yōu)勢。

土壤酶是土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的驅(qū)動(dòng)因子，其種類及活性可作為判斷土壤生物化學(xué)過程強(qiáng)度及評價(jià)土壤肥力的指標(biāo)之一［42］。其中，CAT是土壤微生物代謝的重要酶類，在H2O2清除系統(tǒng)中具有重要作用；UE能水解尿素，產(chǎn)生氨和碳酸，直接參與土壤中有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化；ACP是一類催化土壤有機(jī)磷礦化的酶，其活性的高低直接影響土壤中有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性，是評價(jià)土壤磷素生物轉(zhuǎn)化方向與強(qiáng)度的指標(biāo)；SC能水解蔗糖變成相應(yīng)的單糖而被機(jī)體吸收，其酶促作用產(chǎn)物與土壤中的有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量，以及微生物數(shù)量和土壤呼吸強(qiáng)度密切相關(guān)，是評價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)［43］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理間的UE、SC和ACP活性差異極顯著，CAT活性在不同品種根際土壤中差異極顯著。此外，強(qiáng)宿根性品種GR2根際土壤的UE和ACP活性最高，表明其氮循環(huán)及有機(jī)磷礦化等反應(yīng)更強(qiáng)烈，有利于促進(jìn)甘蔗植株地上部生長，也能在一定程度上增強(qiáng)植株的抗逆能力，而宿根性弱品種ROC22根際土壤的SC活性最高，表明其根際土壤有機(jī)碳積累與分解轉(zhuǎn)化較活躍，其CAT活性也最高，推測其土壤過氧化氫含量較高，可促使土壤中能分解過氧化氫的微生物繁殖，從而有利于解除過氧化氫的毒害作用。已有研究表明，土壤微生物與UE、SC、ACP和CAT活性呈顯著相關(guān)關(guān)系［44-45］。本研究中冗余分析結(jié)果表明，土壤ACP與細(xì)菌群落中的厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門及真菌群落中的梳霉門、被孢霉門、羅茲菌門、壺菌門、球囊菌門、蛙糞霉門均呈正相關(guān)，土壤樣品中CAT、SC、UE活性與細(xì)菌群落中的疣微菌門、放線菌門、變形菌門及真菌群落中的芽枝霉門、捕蟲霉亞門、子囊菌門呈正相關(guān)。這表明土壤酶活性與其微生物群之間有著較強(qiáng)的相互作用，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化可能將極大地改變土壤的功能。

分蘗期作為甘蔗生長的一個(gè)最重要時(shí)期，不同品種的分蘗能力與甘蔗宿根性表現(xiàn)息息相關(guān)，分蘗力強(qiáng)的品種一般宿根性也較好，選育宿根性好的品種時(shí)，品種分蘗力是宿根性研究的重要方向之一［46］。本研究選取分蘗期來分析相關(guān)信息，雖然由于甘蔗生長期較長，未能完全反映不同宿根性甘蔗品種間根際土壤微生態(tài)特性的真實(shí)差異，但研究結(jié)果對探討甘蔗宿根性具有一定的代表性和參考意義。在今后的研究工作中，將繼續(xù)跟蹤不同品種宿根甘蔗根際土壤微域在不同生長時(shí)期的變化，為更好地探究“甘蔗―根際微生物”的互作及其協(xié)同進(jìn)化關(guān)系提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

3個(gè)不同宿根性甘蔗品種GR2、LC05136、ROC22新植蔗在分蘗期的根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其土壤酶活性均存在一定差異。其中，高通量測序結(jié)果顯示，品種GR2的根系有益微生物如變形菌門、被孢霉門等的占比相對其他品種高；根際土壤酶活性結(jié)果顯示，品種GR2的UE和ACP活性最高，表明其氮循環(huán)及有機(jī)磷礦化等反應(yīng)更強(qiáng)烈，有利于促進(jìn)甘蔗植株地上部生長，在一定程度上增強(qiáng)植株的抗逆能力。綜上，可初步推測宿根性強(qiáng)的甘蔗品種在分蘗期其根際化學(xué)反應(yīng)相對較強(qiáng)，且其根際微生物群落結(jié)構(gòu)較理想。

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收稿日期：2023-08-01

基金項(xiàng)目：廣西科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：桂科AA22117002-6、桂科AA22117002-7）；廣西自然科學(xué)基金（編號(hào)：2023GXNSFAA026327）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技發(fā)展基金（編號(hào)：桂農(nóng)科2022JM93）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（編號(hào)：桂農(nóng)科2021YT151、桂農(nóng)科2023YM10）。

作者簡介：農(nóng)澤梅（1991—），女，廣西藤縣人，碩士，助理研究員，主要從事甘蔗育種與栽培研究。E-mail：1102466436@qq.com。

通信作者：呂 平，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事甘蔗育種與栽培研究。E-mail：602337911@qq.com。