全 文 ：中国农学通报 2011,27(11):271-275
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
植物根际土壤是指接近根并受其影响使得这些土
壤的生物、物理和化学性质有别于远离根的大部分土
壤。根际土壤中微生物数量和活性细菌是非根际土壤
基金项目：国家自然科学基金项目“内蒙古荒漠土壤纤维素降解菌分子生态学研究”(30860015)；内蒙古自治区自然科学基金项目“木质纤维素低温
高效降解微生物筛选及基因组改组”(2010BS0506)。
第一作者简介：冯福应，男，1973年出生，包头人，副教授，博士后，博士，主要研究方向应用与环境微生物。通信地址：010018内蒙古自治区呼和浩特
市赛罕区昭乌达路306号内蒙古农业大学生命科学学院，Tel：0471-4319240，E-mail：fengfuying@imau.edu.cn，forefeng@hotmail.com。
收稿日期：2011-01-19，修回日期：2011-03-07。
沙漠中褐沙蒿根际细菌群落结构特征分析
冯福应 1，刘发来 1，孙丽鹏 1，孟建宇 1，秦玉英 2
（1内蒙古农业大学生命科学学院应用与环境微生物实验所，呼和浩特 010018；
2内蒙古蒙牛乳业集团股份有限公司，呼和浩特 011500）
摘 要：基于16S rDNA基因的文库构建和分析，通过对比分析了浑善达克和毛乌素沙漠中褐沙蒿根际
细菌群落结构特点。结果表明：褐沙蒿根际细菌类群主要有 9类，即芽单胞菌（Gemmatimonadetes）
(4.26%/2.08%，浑善达克样/毛乌素沙样，下同)、酸杆菌（Acidobacteria）(2.15%/2.08% )、放线菌
（Actinobacteria）(10.64%/8.33%)、拟杆菌（Bacteroidetes）(2.13%/4.17%)、绿弯菌（Chloroflexi）(0/2.08%)和
α- 变 形 菌（α-proteobacteria）(65.96%/56.25% )、β- 变 形 菌（β-proteobacteria）(0/6.25% )、δ- 变 形 菌
（δ-proteobacteria）(2.08%/2.13%)和γ-变形菌（γ-proteobacteria）(10.64%/2.08%)。来自 2个采样地的褐沙
蒿根际细菌菌群结构总体相似，表明植物在此结构组成决定方面起了重要作用；两地根际细菌菌群最主
要差别之一是毛乌素褐沙蒿根际细菌比浑善达克沙漠多了3种光合细菌，即红螺菌（Rhodospirillales）、
红细菌（Rhodobacter）和绿弯菌。
关键词：褐沙蒿；根际细菌；菌群结构；16S rDNA
中图分类号：S917.1 文献标志码：A 论文编号：2011-0193
Characterization for Rhizobacterial Community Structure of Artemisia intramongolica in Deserts
Feng Fuying1, Liu Falai1, Sun Lipeng1, Meng Jianyu1, Qin Yuying2
(1Institution for Applied and Environmental Microbiology of Life Sciences College,
Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010018;
2Inner Mongolia Mengniu Dairy Company Limited, Huhhot 01150)
Abstract: Analysis and construction of library based on 16S rDNA gene, this study comparatively characterize
the rhizobacterial community structure of Artemisia intramongolica sampled from Deserts of Hunsaderk and
Mowosu. The results showed that rhizobacteria of Artemisia intramongolica composed of nine groups, i.e.
Gemmatimonadetes (4.26%/2.08% , Hunsaderk/Mowos, the same with followings), Acidobacteria
(2.15%/2.08% ), Actinobacteria (10.64%/8.33% ), Bacteroidetes (2.13%/4.17% ), Chloroflexi (0/2.08% ),
α-proteobacteria (65.96%/56.25% ), β-proteobacteria (0/6.25% ), δ-proteobacteria (2.08%/2.13% ) and
γ-proteobacteria (10.64%/2.08% ). Similar rhizobacterial community structure suggested that the associated
plant was crucial for rhizobacteria composition, but some important difference between the plants from two
deserts were observed, one of which was some photosynthetic bacteria existed in rhizosphere of Artemisia
intramongolica from Mowosu while not in that from Hunsaderk.
Key words: Artemisia intramongolica; rhizobacteria; community structure; 16S rDNA
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（大量土壤）中的19~32倍[1]。生长活跃的根会释放有机
化合物至根际土壤[2]，这些化合物为根际微生物生长
所用而使得其结构特征明显和大量土壤不同[3]。微生
物对植物的影响是植物与微生物作用的另外一面。根
际微生物有许多的影响和作用，例如营养元素的溶解
和固定，植物生长激素的产生，抑制植物病原生物[2-4]。
特别是对于生长于沙漠贫瘠土壤中的植物而言，其根
际微生物更有助于植物抵抗不良的非生物胁迫[5]。因
此，根际微生物对植物的生长和健康有不可或缺的重
要作用[6]。此外，根际微生物还能产生许多对肿瘤等
严重危害人类健康的疾病有抗性自然活性物质[7]。
细菌是植物根际中数量和种类最多的微生物，数
量可达 106~108个/cm3，几乎含有所有门类水平上的细
菌[8-10]。根际细菌在与植物相互影响中的作用中举足
轻重。褐沙蒿是内蒙古沙漠，例如浑善达克和毛乌素
沙漠，中的主要植被建群种之一，在沙漠植被恢复中有
重要的意义。根际细菌为植物在沙漠中生长发育的积
极推动力[11]，然而褐沙蒿根际细菌多样性迄今为止尚
未见报道。因此，笔者对的褐沙蒿根际细菌多样性进
行了分析，以期揭示此植物根际细菌群落结构特征，探
讨植物适应沙漠逆境的微生物因素，为荒漠化治理提
供理论依据和实践基础，并为植物根际微生物活性物
质资源开发提供数据支持。
1 材料和方法
1.1 根际土壤采集
2009年 8月，分别采集浑善达克和毛乌素沙漠
中褐沙蒿（3~5年龄）根际土壤：用环刀慢慢刮取植
物根上附着的土壤，采集土壤时采用采集多株植物
根际土壤然后混合，混合样品约 200 g（用冰浴低温
尽快带回实验室后冻存于-20℃冰箱里）用作进一步
实验。
1.2 理化指标测定
按照刘发来[12]描述进行pH、氮、磷水平分析。
1.3 16S rDNA基因文库构建和分析
1.3.1 DNA提取 称量约2 g土壤，其总DNA提取依照
Porteous[13]的方法进行。
1.3.2 引物 选用细菌通用引物对 63F和 1387R[14]。引
物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。PCR
反应体系：0.5 μL DNA模板 (约 50 ng/µL），0.1 µL
Ex-Taq酶，2 µL10×Buffer，1.6 µL dNTP（20 mmol/L），
引物（20 µmol/µL）各0.2 µL，Mg2+终浓度为1.5 mmol/L），
补水使总体积至 20 µL。PCR反应采用Touch Down：
94℃预变性5 min，20个循环而且每个循环退火温度下
降 0.5℃，94℃下变性 1 min，65℃下退火 1 min，72℃延
伸 1.5 min；然后再 10个循环，94℃下变性 1 min，55℃
下退火1 min，72℃延伸1.5 min最后，在72℃下延伸补
平 l0 min。扩增产物经 1%的琼脂糖凝胶电泳进行检
测，目的条带在 1.4 kb左右。如此扩增 10管并混合
PCR产物，以降低单次扩增的偏好性。混合后的PCR
产物经凝胶回收纯化试剂盒纯化备用。在克隆文库构
建中，首先将纯化后的 PCR产物连接到 PMD19-T载
体（大连宝生物）上，采用42℃热激法转化入大肠杆菌
DH5α感受态细胞。选取阳性克隆进行测序，测序由北
京华大基因有限公司完成，测序引物为引物63F。
1.4 基于16S rDNA序列的系统发育分析
获得非全长的16S rDNA序列（约800 bp），首先手
动删除载体序列，然后利用 RDP在线程序 check
chimera[15]对测序所获得的16S rDNA序列片段进行嵌
合体检验，对无嵌合体序列用RDP在线程序Classfier
进行分类分析，之后利用在系统发育树构建中利用
NCBI数据库的Blast-n程序与数据库中进行相似性比
对搜索，相似性≥97%视为同一操作分类单元 OTU
（Operational Taxonomic Unit）。
2 结果与分析
2.1 理化指标
对浑善达克和毛乌素沙漠褐沙蒿根际土壤主要理
化和营养因子（pH、氮和磷素）进行了分析，结果（表1）
表明，2种样品突出的差别在与浑善达克样品硝态氮
水平明显高于毛乌素样品（25.6 mg/kg>>7.4 mg/kg），
在全磷方面毛乌素的样品略高，其他指标接近。
2.2 根际细菌群落组成
分别获得浑善达克和毛乌素沙漠褐沙蒿根际细菌
16S rDNA序列47和48条，OTU数分别为38和40个，
文库覆盖度在 78%以上，可代表所研究样品细菌多样
性基本情况。
RDP在线分类结果（表 2，3）表明，生长于沙漠中
的褐沙蒿根际细菌类群主要有变形菌、放线菌、芽单胞
菌、绿弯菌、酸杆菌和拟杆菌。两个采样地的褐沙蒿根
采样沙漠
浑善达克
毛乌素
pH
6.02
6.03
铵态氮/(mg/kg)
5.32
4.62
硝态氮/(mg/kg)
25.6
7.4
全磷/(g/Kg)
0.114
0.179
表1 褐沙蒿根际土壤样品的理化参数
·· 272
冯福应等：沙漠中褐沙蒿根际细菌群落结构特征分析
表2 浑善达克沙漠褐沙蒿根际细菌群落组成
RDP目
Unclassified Alphaproteobacteria
(未分类α细菌)
Rhizobiales
（根瘤菌）
Sphingomonadales
（鞘脂单胞菌）
Pseudomonadales
（假单胞菌）
Legionellales
（军团菌）
Enterobacteriales
（肠杆菌）
Unclassified Gammaproteobacteria
Myxococcales
（粘细菌）
Actinobacteridae
（放线菌）
Gemmatimonadales
（芽单胞菌）
Acidobacteria
（酸杆菌）
Flavobacteria
（黄杆菌）
比例/%
4.26
31.91
29.79
4.26
2.13
2.13
2.13
2.13
10.64
4.26
2.13
2.13
门
α-proteobacteria
（α变形菌）
γ-proteobacteria
（γ变形菌）
δ-proteobacteria
（δ变形菌）
Actinobacteria
（放线菌）
Gemmatimonadates
（芽单胞菌）
Acidobacteria
（酸杆菌）
Bacteroidetes
（拟杆菌）
比例/%
65.96
10.64
2.13
10.64
4.26
2.13
2.13
表3 毛乌素褐沙蒿根际细菌群落组成
Unclassified Alphaproteobacteria
Rhizobiales
（根瘤菌）
Sphingomonadales
（鞘脂单胞菌）
Rhodospirillales
（红螺菌）
Rhodobacterales
（红细菌）
Unclassified Betaproteobacteria
Burkholderiales
（伯克氏菌）
Xanthomonadales
（黄色单胞菌）
Myxococcales
（粘细菌）
10.42
20.83
18.75
4.17
2.08
2.08
4.17
2.08
8.33
α-proteobacteria
（α变形菌）
β-proteobacteria
（β变形菌）
γ-proteobacteria
（γ变形菌）
δ-proteobacteria
（δ变形菌）
56.25
6.25
2.08
8.33
RDP目 比例/% 门 比例/%
·· 273
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际 细 菌 优 势 菌 群（5>% ）都 包 含 α- 变 形 菌
（65.96%/56.25% ，浑 善 达 克/毛 乌 素）和 放 线 菌
（10.64%/8.33%，浑善达克/毛乌素），而在浑善达克样
品中为优势菌的γ-变形菌（10.64%）在毛乌素样品中所
占比例只有2.08%；相反，毛乌素样品中较多的β-变形
菌（6.25%）在浑善达克样品中缺并没有检测到，类似
地，在毛乌素样品中占数量优势的δ-变形菌（8.33%）在
浑善达克样品只有 2.13%。另外，毛乌素与浑善达克
样品明显不同的一点是，前者含有多种光合细菌（红螺
菌、红细菌和绿弯菌），总计占总细菌数的8.33%，也是
优势类群之一。
3 结论与讨论
本研究的 2个文库库容值均超过了 78%，表明文
库具有较好的代表性。同时，在所测序克隆子数目并
不高（约50个）也间接说明，沙漠中植物根际微生物相
比其他土壤中细菌种类更加集中，并且细菌多样性也
可能相对较低。这似乎与多样性高植物生产力高的学
说吻合[16-17]，即生长于营养等条件良好的植物根际细菌
多样性高、植物产量也高。
在所有类型土壤中，最常见的细菌有 11类，浮霉
状菌（Planctomyces）、厚壁菌（Firmicutes）、网团菌
（Verrucomicrobia）、芽单胞菌（Gemmatimonadetes）、酸
杆菌（Acidobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、拟杆菌
（Bacteroidetes）、绿弯菌（Chloroflexi）和α-、β-、δ-变形
菌[18]。而本研究发现褐沙蒿根际细菌有 9类，即土壤
中常见11种中除去浮霉状菌、厚壁菌和网团菌所剩余
8类，另外的一类是γ-变形菌（而非δ-变形菌）。尽管在
硝态氮营养水平上，浑善达克和毛乌素沙漠褐沙蒿根
际土壤差别显著。但是，在根际细菌群落特征方面有
许多相似之处：皆以变形菌为最主要细菌，都占各自总
细菌比例高达72%以上（78.83%/72.91%，浑善达克/毛
乌素），都含有比例接近的放线菌、酸杆菌和拟杆菌
等。变形菌几乎是所有土壤中最优势的细菌类群[19]，
本研究也证实了这一点。不同沙漠中褐沙蒿根际细菌
群落结构总体相似，表明植物在影响根际细菌结构组
成方面有决定性作用；但它们的菌群结构也存在一些
重要的差别，反映出所处环境的不同。例如，在毛乌素
沙漠中的检测到多种光合细菌，这可能与其营养相对
贫瘠有关；而浑善达克沙漠中的又含较多的肠杆菌。
肠杆菌的存在可能与浑善达克放牧扰动较多有联系，
这些细菌在营养植物方面也有贡献。Nautiyal等[20]研
究发现，肠杆菌等细胞进入植物根部并被降解消化，而
且诱导植物根细胞壁等发生明显改变。放线菌是许多
抗生素等生物活性物质的生产者，随着现有抗生素长
期泛滥使用，必须开发新的替代物质，植物根际细菌中
的许多种类可产生天然活性物质[7]。褐沙蒿根际细菌
中含接近10%的放线菌比例预示沙漠植物根际细菌可
能是人类未来生物活性物质潜在的宝库。本研究为内
蒙古沙漠植物根际微生物资源的进一步开发和应用研
究提供了理论基础和依据。
参考文献
[1] Bodelier P L E., Wijlhuizen A G, Blom C W P M, et al. Effects of
photoperiod on growth of and denitrification by Pesudomonas
chlororaphis in the root zone of Glyceria maxima, studied in a
gnotobiotic microcosm[J]. Plant Soil, 1997, 190:91-103.
[2] Dakora F D, Phillips D A. Root exudates as mediators of mineral
acquisition in low-nutrient environments[J]. Plant Soil, 2002, 245:
35-47.
Actinobacteridae
（放线菌亚）
Acidimicrobidae
（酸微菌亚）
Gemmatimonadales
（芽单胞菌）
Caldilineales
（暖绳菌）
Acidobacteria
（酸杆菌）
Sphingobacteriales
（鞘脂杆菌）
Unclassified Bacteroidetes
4.17
4.17
2.08
2.08
2.08
2.08
2.08
Actinobacteria
（放线菌）
Gemmatimonadates
（芽单胞菌）
Chloroflexi
（绿弯菌）
Acidobacteria
（酸杆菌）
Bacteroidetes
（拟杆菌）
8.33
2.08
2.08
2.08
4.17
RDP目 比例/% 门 比例/%
续表3
·· 274
冯福应等：沙漠中褐沙蒿根际细菌群落结构特征分析
[3] Kent A D, Triplett E W. Microbial communities and their
interactions in soil and rhizosphere ecosystems[J]. Annual Reviews
of Microbiology, 2002, 56: 211-236.
[4] 陆雅海,张福锁.根际微生物研究进展[J].土壤, 2006, 38:113-121.
[5] Yang J, Kloepper J W, Ryu C M. Rhizoshpere bacteria help plants
tolerate abiotic stress [J]. Trends in Plant Science, 2010, 14: 1-4.
[6] Buée M, Boer W D, Martin F, et al. The rhizosheere zoo: an
overview of plant-associated communities of microorganisms,
including phages, bacteria, archaea, and fungi, and of some of their
structuring factors [J]. Plant Soil, 2009, 321: 189-212.
[7] Gunatilaka A A L. Natural products from plant-associated
microorganisms: distribution, structure diversity, bioactivity, and
implications of their occurrence[J]. Journal Natural Products, 2006,
69: 509-526.
[8] 胡江春,薛德林,马成新,等.植物根际促生菌(PGPR)的研究与应用
前景[J].应用生态学报, 2004, 15:1963-1966.
[9] 申建波,张福锁.根分泌物的生态效应[J].中国农业科技导报,1999
(1):21-27.
[10] 吴建峰,林先贵.土壤微生物在促进植物生长方面的作用[J].土壤,
2003(1):18-23.
[11] van der Heijden M G A, Bardgett R D, van Straalen N M. The
unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and
productivity in terrestrial ecosystems[J]. Ecology Letter,2008,11:
296-310.
[12] 刘发来.内蒙古荒漠主要植物根际细菌菌群组成结构特征分析
[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2010.
[13] Porteous L A, Seidler R J, Watrud L S. An improved method for
purifying DNA from soil for polymerase chain reaction
amplification and molecular ecology applications[J]. Molecular
Ecology,1997,6:787-791.
[14] Marchesi J R. Design and evaluation of useful bacterium-specific
PCR primers that amplify genes coding for bacterial 16S rRNA[J].
Applied and Environmental Microbiology, 1998,2:795-799.
[15] Cole J R, Wang Q, Cardenas E, et al. The ribosomal database
project: improved alignments and new tools for rRNA analysis[J].
Nucleic Acids Research,2009,37:D141-D145.
[16] Cruz-Martínez K, Suttle K B, Brodie E L, et al. Despite strong
seasonal reponses, soil microbial consortia are more resilient to
long-term changes in rainfall than overlying grassland[J].
International Society for Microbial Ecology,2009,3:378-744.
[17] Prosser J L, Bohannan B J M, Curtis T P, et al. The role of
ecological theory in microbial ecology[J]. Nature Review of
Microbiology,2007,5:384-392.
[18] Youssef N H, Elshahed M S. Diversity rankings among bacterial
lineages in soil[J]. International Society for Microbial Ecology,
2009,3:305-313.
[19] Spain A M, Krumholz L R, Elshahed M S. Abundance,
composition, diversity, and novelty of soil Proteobacteria[J].
International Society for Microbial Ecology,2009,3:992-1000.
[20] Nautiyal C S, Rehman A, Chauhan P S. Environmental Escherichia
coli as natural plant growth-promoting soil bacterium[J]. Archive
Microbiology,2010,192:185-193.
·· 275