磷脂脂肪酸法分析野山参根区土壤微生物群落多样性_张亚玉.pdf
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1、磷脂脂肪酸法分析野山参根区土壤微生物群落多样性收稿日期:2010-03-26基金项目:国家科技支撑计划(2007BAI38B01);吉林省科技厅计划项目(20090573)作者简介:张亚玉(1968-),女,研究员,博士,研究方向为人参、西洋参等药用植物栽培。E-mail:张亚玉1,宋晓霞1,孙海1,汪景宽2,于树2*(1.中国农业科学院特产研究所,吉林吉林132109;2.沈阳农业大学土壤与环境学院,沈阳110161)摘要:应用磷脂脂肪酸法(PLFA)分析了野山参根区土壤及对照土壤微生物群落结构特征。结果表明,野山参生长的根区土壤与对照土壤相比,微生物总量发生了明显的变化,均有减少的趋势;野
2、山参根区中代表有致病特征的真菌种类18 2w9,18 1w9c,18 1w9t的总量没有增加反而减少,这与以往的研究结果相反。应用主成分分析法从PLFAs中提出 3个主成分,2个样品分别代表81.03%和85.44%的变异信息,主成分一(PC1)分别解释了36.54%和39.09%的变异,主成分二(PC2)分别解释了28.65%和29.91%的变异,主成分三(PC3)分别解释了15.83%和16.44%的变异,在测试的野山参根区土壤样品中,PC1得分均比对照低。而且从主成分得分图上可以很明显区分根区土壤与对照土壤。从微生物群落结构上揭示了野山参在一地健康生长的主要原因。关键词:土壤微生物;群落
3、多样性;磷脂脂肪酸;主成分分析;野山参中图分类号:S151.94文献标志码:A文章编号:1005-9369(2011)02-0092-05Analysis of soil microbial diversity in wild ginseng with phospholipid fatty acid method/ZHANG Yayu1,SONG Xiaoxia1,SUN Hai1,WANG Jingkuan2,YU Shu2(1.Insti-tute of Special Wild Economic Animal and Plant Science,CAAS,Jilin 132109,Chi
4、na;2.College ofSoil and Environment,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161,China)Abstract:The ester-linked phospholipid fatty acid(PLFA)method was used to evaluate the soilmicrobial community diversity in two wild ginseng root zone and corresponding control.The resultsshowed that root zone
5、 campar with control,the total soil microbial biomass in root zone changedobviously and all depressed trend presented a tendency of decrease compared with that of control;thetotal represent fungi with the pathogenic efficacy 18:2w9,18:1w9c,18:1w9t in No.1 wild ginseng rootzone was not increased and
6、was decreased.The experiment result was different from all the results ofthe previous.Three principal components were screened out with the principal component analysis,represented 81.03%and 85.44%of the information of diversity.Among the three,PC1 explained36.54%and 39.09%of the variation,PC2 expla
7、ined 28.65%and 29.91%,PC3 explained 15.83%and16.44%,which helped successfully distinguish root zone from control in the principal components scorescharts.This was probably the reason why the wild ginseng could grow health long term.Key words:soil microbial;community diversity;PLFA;principal componen
8、t analysis;wildginseng野山参(Wild ginseng)为五加科人参属多年生草本植物,其根为道地中草药,吉林省东部山区被认为是人参最适宜的生长区,而抚松县被誉为“人参之乡”,自古就是人参的主产区,出产优质野山参。野山参是指自然生长在原始森林中,没有人为因素影响的一类人参。野山参的药用价值极高,第42卷 第2期东北农业大学学报42(2):92962011年2月Journal of Northeast Agricultural UniversityFeb.2011早在2 000年前,神农本草经 中对野山参的药用价值就有了详细的记载,本草纲目 中称野山参为“神草”,列为药中上品
9、,具有生津安神、补虚固脱、大补元气、强精健身益寿延年之功效1。但随着对野山参无度采挖,导致目前野山参资源濒于灭绝的地步。而林下参和农田栽参的发展既是对山参资源的保护,又可满足人们对人参产品的需求,也为参农提供了治富之路,为农村产业结构调整提供了新的思路。但在林下参发展过程中由于选地不当,林下参的存苗率低,形体变劣的现象时有发生;农田栽参过程中由于改土不当,存在产量低、病害重,且存在严重的连作障碍,限制了参业的发展,而上述问题的产生均与土壤的物理、化学及微生物特性等关系密切2-4。通过对栽参土壤和老参地土壤的微生物及酶活性的研究,多数专家提出土壤微生物群落的改变可能是人参连作障碍的根源。野山参在
10、深山密林中生长十年、几十年甚至上百年,其能够安然无恙,与其特有的土壤微生物群落特性直接相关。前人对于人参土壤微生物的研究多采用传统的培养法,由于可培养的微生物种类仅占土壤微生物的1%左右,所以对于微生物的真实性存在一定的误差,而磷脂脂肪酸PLFA方法是一种快速、重现性好的分析土壤微生物群落结构多样性的方法,可以分析所有活体微生物(包括可培养和不可培养的微生物)。而且,信息准确度高,应用范围广,操作简便,可以同时处理大量的样品,是对土壤中活体微生物的真实反映5-8。本文利用磷脂脂肪酸法通过对野山参根区土壤微生物结构特性与非根区土壤微生物群落的对比分析,明确山参根区土壤的微生物结构特征,期望能在农
11、田栽参土壤改良和林下参护育选地方面提供帮助,为人参产业的健康发展提供指导。1材料与方法1.1试验材料土壤样品采自吉林省人参之乡的抚松县露水河镇楞场村,离村5 km的黑熊沟山上,1号(大约12年生)野山参土壤位于东经12744、北纬4247、海拔(7809)m,2号(大约25年生)野山参位于东经 12757、北纬 4233、海拔(6505)m,采集地土壤类型为暗棕壤,该区是野山参经常被发现的地域。1.2采样方法首先除去表面的枯枝落叶层后,边抬参边取土,由于野山参生长的特殊性,每年在生长期其须根周围均长出许多营养吸收根,枯萎期时有的脱落,有的在须根上形成珍珠点,使野山参根圈土壤可以扩展到须根周围
12、2 cm 左右的范围,对照为非根区土壤,在附近采集,采集深度与参层土壤样品相对应。取回的新鲜土样放入4 的冰箱贮存待测。野山参根区土壤的基本性质见表1。表 1供试土壤基本性质Table 1Some basic properties of tested soil编号No.1号2号pH6.195.57有机质(g kg-1)OM226.87196.22全氮(g kg-1)Total N11.289.29全钾(g kg-1)Total K10.157.93全磷(g kg-1)Total P0.160.24碱解氮(mg kg-1)Alkal N63.1869.18速效钾(mg kg-1)Avail K6
13、90.70614.24有效磷(mg kg-1)Avail P7.0711.641.3测试方法土壤微生物磷脂脂肪酸的测定在 White 的方法9上加以改进。鲜土加入柠檬酸缓冲液 氯仿 甲醇=0.8 1 2,25 避光震荡,离心。再加入柠檬酸缓冲液氯仿甲醇=0.9 1 1,震荡,避光保存,经18 h分离后,用吸管把上层液吸走,保留底层氯仿相在氮气流下吹干。用柱层析硅胶0.8 g(在 120 下烘干 2 h)填充玻璃管柱(直径6 mm),依次分别加 10 mL 氯仿、10 mL 丙酮、10 mL甲醇,收集到的磷脂脂肪酸在甲醇相中,在氮气流下吹干样品。向干样品中加入 1 mL 甲醇 甲苯(1 1)混合
14、液和1 mL 0.2 mol L-1KOH甲醇溶液,37 水浴15 min后,冷却至室温,依次加入2 mL去离子水,0.3 mL 1 mol L-1HAc,2 mL正张亚玉等:磷脂脂肪酸法分析野山参根区土壤微生物群落多样性第2期93己烷,震荡,离心,甲酯化的 C19:0 为内标,氮气流下吹干,-20 下保存。外标为 SupelcoTM37 Component FAME Mix 和 Bacterial Acid MethlEsters Mix。检测部分由安捷伦GC-MS(6890 N-5973 N)完成。色谱柱为hp5-MS(30 m250 um0.25 um)石英毛细管柱。GC-MS分析条件:
15、升温程序:进样后在70 保持5 min,之后以20 min-1的速率升至190,保持 1 min,以 5 min-1的速率上升到200,停留2 min,以10 min-1的速率上升到280,保留8 min。进样口温度为250,载气为He(0.9 mLmin-1),分流比为 10 1,离子源温度230,四极杆:150,质谱全扫描范围:30600 m z-1。1.4数据分析应用Excel、SAS软件进行方差分析和PLFAs主成分分析。其中c、t、i和a分别表示顺势双键、反势双键、顺势支链、反势支链;br表示不确定支链位置,Me表示甲基位置,cy表示环丙基。结果见表2。PLFAs18:2w9,18:
16、1w9c,18:1w9t10Me17:0,10Me18:014:0,i15:0,a15:0,15:0,br16:0,i16:0,16:1w7,16:1w9c,16:1W9t,16:0,br17:0,i17:0,cy17:0,br19:0,cy19:0代表生物Representative organism真菌放线菌细菌参考文献Reference7-8910-11表 2磷脂脂肪酸的代表生物Table 2Biomarkers of some microbial groups in soil2结果与分析本试验共测得1号土壤中的脂肪酸23种,2号土壤中脂肪酸19种,根区土壤与非根区土壤微生物所含脂肪酸种
17、类基本相同。2.1野山参根区土壤的微生物PLFA图谱的特征结果见图1、2。本研究鉴定的PLFAs,C链长度为1424,包括饱和、不饱和、甲基化分支和环化脂肪谱,在野山参根区土壤的PLFAs中,i15:0,a15:0,i16:0,16:1w9c,16:1w9t,16:0,br17:0,i17:0,cy17:0,18:2w9,18:1w9c,18:1w9t 等 13 种PLFAs在1号野山参土壤微生物丰度占97.28%,2号野山参中占84.89%,是山参根区土壤生态系统的主要生物成分。同时发现,野山参根区土壤微生物总量与非根区土壤微生物总量相比,均有下降的趋势。,野山参根区土壤的微生物组成也有所改
18、变,对比所获得的野山参样品,1号野山参生长健康,无发病症状,研究1号根区土壤的微生物组成发现,根区中代表致病因素的真菌18:2w9,18:1w9c,18:1w9t的数量与对照相比明显减少,而代表放线菌种类的10Me17:0却明显增加;由于在人参生产中,真菌病害的发生较为常见,2号野山参虽然年限较长,但身体已经发生锈变的症状,可能与其根区土壤的微生物变化有着直接的关系,与对照相比,微生物的量虽然有减少的趋势,但代表真菌18:1w9c,18:1w9t减少的程度并不显著,有益微生物没有增加均在减少,这与农田土壤的微生物群落结构的变化与病害的发生直接相关相一致。2.2野山参根区土壤微生物的群落结构通过
19、PLFAs主成分分析可明显的区分野山参根区土壤与对照土壤(见图3),根区土壤在坐标轴附近,而对照土壤则远离坐标轴,说明野山参根区土壤微生物脂肪酸的组成和主成分一、二间的相关性不大或成负相关12-13。3个主成分得分解释了81.03%和85.44%的变异。主成分一(PC1)解释了36.54%和39.09%的变异,主成分二(PC2)解释了28.65%和29.91%的变异,主成分三(PC3)解释了15.83%和16.43%的变异,在测试的野山参根区土壤样品中,PC1得分均比对照低。主成分一、二的因子分析表明 i15:0,a15:0,16:1w9c,i17:0 与主成分一呈高度正相关,而16:1w9t
20、,16:0,br17:0,17:0(10Me),cy17:0,18:0(10Me)18:2w9,18:94东北农业大学学报第42卷3讨论PLFAs在研究比较复杂环境中微生物群落组成方面应用广泛14,PLFAs的变化可以很好地反映野山参根区土壤微生物的变化,研究证明野山参根区土壤微生物脂肪酸图谱与对照相比发生明显的改变,野山参根区土壤的微生物总量明显减少,代表真菌生物的18 2w9,18 1w9c,18 1w9t总量与对照相比有减少的趋势,这一结果有别与以往的相应研究。产生这一现象的原因可能与野山参的生长有直接关系,野山参在一地生长10年、20年甚至几十年,不感病,也不出现平地栽参的连1w9c,
21、18:1w9t 与主成分成高度负相关,也就是与根区土壤的微生物群落结构直接相关。从对两份土样的分析看,野山参生长根区土壤微生物群落组成发生了改变,尽管两份样品采自不同的山上,但根区土壤的微生物群落的变化却有相似的发展趋势。图 3PLFAs主成分分析图谱Fig.3Principle components analysis of PLFA profilesfrom microbe一一一一一一一一一一一一一一一一一一七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一
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