全 文 ：橡胶草种植前后土壤微生物细菌多样性研究(Ⅱ)———高级分析
梁素钰，李 琳，杜 倩，刘铁男，王文帆，田松岩
(黑龙江省森林工程与环境研究所，森林持续经营与环境微生物工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150081)
摘要 ［目的］研究橡胶草种植前后土壤微生物细菌的多样性。［方法］对大田种植橡胶草前后的土壤理化性质进行考察，并通过 454测
序技术对土壤微生物细菌多样的数据序列进行高级分析。［结果］橡胶草种植后土壤的全氮和全磷略高于种植前，有机质稍有下降。土
壤细菌的 OTU数在橡胶草种植前后相差不大。群落结构分析表明，橡胶草种植前后的细菌组成大致相同，但各物种所占比例有差异，
大多数的细菌是不可培养的，其中与氮有关的菌属柱状区所占比例最大。PCA主成分分析表明橡胶草种植前后土壤微生物群落在细菌
水平上相近，这个结果与群落分布柱状图相吻合。ＲDA分析表明，土壤 pH值、有机质、土壤含水率、土壤全氮和全磷与细菌呈正相关，
土壤容重与细菌呈负相关。［结论］试验测序数据表明，橡胶草种植前后的土壤微生物细菌在 OUT水平上多样性丰富，在属的水平上群
落结构组成相近，种植橡胶草后土壤理化性质发生了改变。
关键词 橡胶草( Taraxacum kok-saghyz Ｒodin) ; 454测序;细菌;多样性;土壤微生物
中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2014) 08 －02264 －03
Ｒesearch of Soil Microbial Bacteria Diversity before and after Planting Taraxacum kok-saghyz ( Ⅱ)—Advanced Analysis
LIANG Su-yu et al ( Key Lab of Sustainable Management of Forest and Environmental Microbiology，Heilongjiang Institute of Forest Engi-
neering and Environment，Harbin，Heilongjiang 150081)
Abstract ［Objective］To study soil microbial diversity before and after planting Taraxacum kok-saghyz． ［Method］Soil physical and chemi-
cal characters before and after planting Taraxacum kok-saghyz were investigated，454 sequence technology was used to conduct advanced anal-
ysis of soil microbial diversity data sequence． ［Ｒesult］The results showed that the soil total nitrogen and phosphorus in Taraxacum kok-saghyz
field were slightly higher than comparison field，while the organic matter was decline slightly． The OTU numbers of bacteria was almost same
in both Taraxacum kok-saghyz field and comparison field． Community composition analysis shows that in the case of Genus’s level of commu-
nity distribution histogram，the bacteria in both fields were similar，just a slightly difference in the proportion of each species． The majority of
bacteria are non-culturable，in which the nitrogen-related species with the largest proportion of columnar zone occupied most． PCA principal
component analysis showed that the community composition of bacteria in both fields were similar，this result is consistent with the community
distribution histogram． ＲDA analysis showed that soil pH，organic matter，soil moisture，soil total nitrogen and total phosphorus are associated
with bacteria positively，soil bulk density was negatively correlated with bacteria． ［Conclusion］The test sequence data indicated that there is
an OUT abundance diversity in bacteria and the similar bacterial community structure in Genus level． The soil propeties changed after planting
Taraxacum kok-saghyz Ｒodin．
Key words Taraxacum kok-saghyz; 454 sequence; Bacteria; Diversity; Soil microbe
基金项目 国家林业局 948，编号 2011-4-51; 黑龙江省财政，编号 2011
－02;黑龙江省森工总局，编号 sgzjY2010020;黑龙江省博士
后，编号 LBH － Q10010。
作者简介 梁素钰( 1970 － ) ，女，黑龙江哈尔滨人，副研究员，博士，从
事生物能源与技术研究。
收稿日期 2014-02-14
橡胶草(Taraxacum kok － saghyz Ｒodin)为菊科(Composi-
tae)蒲公英属(Taraxacum)多年生宿根草本植物，喜冷凉气
候，根部所含的胶质能制橡胶。新疆、甘肃、陕西以及东北﹑
华北﹑西北等地有栽培。研究者对橡胶草体内橡胶的形成
及品质变化、体内碳水化合物、果聚糖、多酚氧化酶等化学成
分进行了研究［1 －10］。为解决国内天然橡胶供应不足问题，中
央轻工业部曾组织调查团前往新疆对发现的大面积野生橡
胶草进行全面考查［11 －12］。
近年来，随着橡胶草的利用越来越大［13 －17］，人们对橡胶
草的研究维度更加多样化，从田间种植、组织培养，到分子水
平的蛋白质、转基因等进行了一系列的研究［18 －30］。试验主
要利用 454技术［31 －32］对北方田间种植橡胶草前后的土壤注
微生物细菌多样性进行研究，并对所测序列进行数据高级分
析，以期为橡胶草的种质栽培提供依据。
1 材料与方法
1． 1 材料 以 5 m ×5 m为试验单元，于种植 1年橡胶草和
未种植橡胶草的地块，尽量靠近橡胶草根蛇形分别取 5个土
样，每个样品 50． 0 g，混匀，过 40 目土壤筛;过筛后的土样用
锡纸包裹，置于液氮中带回实验室。用 KOK 表示种植橡胶
草后的样本，用 CK表示种植橡胶草前的样本。
1． 2 方法
1． 2． 1 样品的指标成分分析。土壤物理性质包括土壤含水
率和容重，采用烘干法，每份样品各项指标重复测定 3 次。
土壤化学性质的测定包括土壤全氮、全磷、pH 值和有机质;
其中，全氮含量采用半微量凯氏法(GB7113 － 87) ，利用全自
动凯氏定氮仪进行测定;全磷含量采用钼锑抗比色法，利用
紫外分光度计测定，每份样品各项指标重复测定 3 次;土壤
pH值利用 pH仪测定;有机质采用常规实验室方法测定。
1． 2． 2 样品 OTU分布 VENN分析。统计多个样品中所共
有的 OTU(Operational Taxonomic Units，可操作的分类单元)
数目反映环境样品的相似性及重叠情况，统计结果以 venn
图表示。分析时选用相似水平为 97%的 OTU，此时 OTU 的
数目也可以代表菌种的数目。使用 mothur软件进行分析。
1． 2． 3 群落结构分析。使用 mothur软件，根据 silva库中的
参考序列对 OTU进行种属鉴定并进行分类。结果中包含了
该样品中含有何种微生物和这些微生物各自所含有的序列
数即微生物的丰度信息。
1． 2． 4 PCA(主成分)分析。采用 PCA 主成分来分析不同
样品 OTU组成的差异，通过方差分解，将多组数据的差异反
责任编辑 石金友 责任校对 李岩安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2014，42(8) :2264 － 2266
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2014.08.001
映在二维坐标图上，坐标轴取能够最大反映方差值的 2个特
征值，可以用来进行以下分析:确定环境中的样品是否具有
不同的微生物群落;将环境间的差异以图的形式表现出
来等。
1． 2． 5 ＲDA分析。ＲDA是基于对应分析发展而来的一种
排序方法，将对应分析与多元回归分析相结合，每一步计算
均与环境因子进行回归，又称多元直接梯度分析。此分析可
以检测环境因子、样品、菌群三者之间的关系或者两两之间
的关系。
2 结果与分析
2． 1 样地信息与理化性质 由表 1 可知，橡胶草种植后土
壤的全氮和全磷略高于种植前，有机质稍有下降。
表 1 土壤样品理化性质
样地
土壤容重
g /cm3
含水率
%
pH
有机质
%
全氮
g /kg
全磷
g /kg
90 1． 561 18． 4 7． 39 5． 55 0． 057 3 1． 263
100 1． 560 18． 9 7． 43 6． 40 0． 057 1 1． 127
2． 2 样品 OTU 分布比较———VENN 分析结果 图 1 表
明，种植橡胶草的土壤细菌有 4 919个 OTU，未种植橡胶草对
注:90为橡胶草种植后;100为橡胶草种植前。
图 1 样品细菌 16S VENN结果
照土壤细菌有 4 751 个 OTU，2 个样品共有细菌 OTU 数目
1 855个。
2． 3 群落结构分析 使用统计学的分析方法，将多个样品
的群落结构分析放在一起对比，以观测其变化情况。试验选
取了 50个具有代表性的细菌菌属进行绘图，结果表明，不同
的颜色代表不同的种群，橡胶草种植前后的土壤细菌组成在
属的水平大致相同，各物种所占比例有所差异。图中的信息
显示大多数的细菌是不可培养的，其中淡粉色的柱状区所占
比例最大是与氮有关的菌属。
注:90为 KOK;100为 CK。
图 2 样品细菌 16S level 6群落分布
2． 4 PCA(主成分)分析 PCA 分析可以用来反映不同样
品中微生物群落组成的相似性以及影响微生物多样性的主
要因素。样品组成越相似，反映在 PCA 图中的距离越近。
图 3表明，橡胶草种植前后土壤微生物群落在细菌水平上处
于相同象限，所以生物群落组成相近。
2． 5 ＲDA 分析 ＲDA 图是根据属水平的物种制作出来
的，但这些属的物种其实也是 OTU，只是将特定的能在属上
分出类别的 OTU筛选出来。箭头是根据环境因子与样品之
间的关系加进去的。图 4 表明，土壤 pH值、有机质、土壤含
水率、土壤全氮和全磷与细菌呈正相关，土壤容重与细菌呈
负相关。样本在图中的分散度也说明了土壤微生物在属的
水平上有很大差异。
3 结论与讨论
试验主要针对样地的理化性质以及获得样品序列数据
的 OTU进行土壤微生物群落结构、PCA主成分和 ＲDA的高
级分析。序列的 OTU选取是在 0． 03水平，即 97%相似性水
平下，和基础分析选取的序列 OTU一致。因为先用 species-
注:90为 KOK;100为 CK。
图 3 细菌 16S rDNA PCA分析结果
sample数据进行 DCA 分析，分析结果中 Lengths of gradient
的第 1轴的数值小于 3． 0，所以试验选取 ＲDA 来进行分析。
土壤的全氮和全磷水平在橡胶草种植后略有上升，但有机质
呈下降趋势。这可能是因为在种植橡胶草时，选取的土质不
是很好的杂草丛生的荒地，当土地由多物种并存转化成单一
562242 卷 8 期 梁素钰等 橡胶草种植前后土壤微生物细菌多样性研究( Ⅱ)
注:90为 KOK;100为 CK。
图 4 细菌 16S rDNA属水平 ＲDA分析结果
物种生长时，是否会存在有机质下降，这也是一个值得继续
深入探讨的话题。另外，样品的选取是在种植橡胶草 1 年
后，若种植年数增加，土壤的理化性质和土壤微生物的相互
影响或许表现得更明显。
试验测序数据高级分析得出如下结论:①橡胶草种植前
后土壤微生物细菌在 OUC 水平上多样性丰富;②橡胶草种
植前后的土壤微生物细菌，在属的水平上群落结构组成相
近，变化不大;③种植橡胶草前后土壤理化性质发生了改变。
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1851 －1860．
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