秦嶺石生苔蘚結(jié)皮的微生物群落組成和多樣性特征

周雯娟，卜崇峰，2*，韋應(yīng)欣

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西楊陵 712100；2 中國科學(xué)院 水土保持研究所，陜西楊陵 712100)

生物結(jié)皮是旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1-2]，苔蘚結(jié)皮則是生物結(jié)皮演替的高級階段[3-4]。苔蘚結(jié)皮是由苔蘚及其濃密的假根粘結(jié)土壤顆粒而形成的一種地表覆蓋物[5-8]，由于其獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)和功能而受到廣泛關(guān)注。國內(nèi)對西北沙漠地區(qū)、黃土高原地區(qū)[9-12]等干旱缺水地區(qū)的土生苔蘚結(jié)皮的研究已經(jīng)相當(dāng)深入，對其生態(tài)效應(yīng)及物種組成都有一定的了解。苔蘚結(jié)皮可以保持水土[13-14]、促進(jìn)種子萌發(fā)和維管植物的生長；苔蘚結(jié)皮將大氣中的N2固定或還原成可利用的氮素形態(tài)，是荒漠生態(tài)系統(tǒng)氮素的主要貢獻(xiàn)者。Russow等[15]認(rèn)為內(nèi)蓋夫沙漠中生物結(jié)皮的年固氮量在10～41 kg/(hm2)。微生物群落是苔蘚結(jié)皮發(fā)揮生態(tài)功能的主要成分，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中發(fā)揮著重要作用[16-18]。

但是，受氣候、土壤、植被、地形地貌等諸多因素的影響[19-20]，不同地區(qū)苔蘚結(jié)皮微生物物種組成及豐度也有所不同[21-22]。黃土高原苔蘚結(jié)皮的優(yōu)勢細(xì)菌門包括酸桿菌門(24.3%)、變形桿菌門(23.8%)、綠彎菌門(15.8%)和放線菌門(14.5%)，真菌群落以子囊菌門(68.0%)和擔(dān)子菌門(23.8%)為主[23]。放線菌門、變形菌門、酸桿菌門、藍(lán)細(xì)菌門、擬桿菌門等則是毛烏素沙地苔蘚結(jié)皮層常見的細(xì)菌菌門類群，真菌群落以子囊菌門和擔(dān)子菌門為主。

根據(jù)生境的不同，苔蘚分為水生苔蘚、石生苔蘚、土生苔蘚和木生苔蘚4種類型[24]。石生苔蘚生于巖石表面，常形成叢生狀或墊狀群落[25]，具有吸水快、蓄水量大的特點(diǎn)[26]，是裸露巖石上的先鋒生物，苔蘚生長過程中分泌的有機(jī)酸促使巖石風(fēng)化，并且釋放養(yǎng)分[27-28]，為其他植物的著生提供條件。秦嶺是中國中部重要的植被覆蓋區(qū)[29]，大量的地表缺少土壤、巖石裸露，由于降水豐沛、氣候適宜，石生苔蘚結(jié)皮發(fā)育非常廣泛。遺憾的是，已有研究多集中在旱區(qū)的土生苔蘚結(jié)皮，有關(guān)秦嶺濕潤區(qū)石生苔蘚結(jié)皮及其微生物的研究報(bào)道還寥寥無幾，這極大地限制了對于其發(fā)育機(jī)制和生態(tài)功能發(fā)揮機(jī)理的揭示。

為此，本研究針對秦嶺山脈北麓的石生苔蘚結(jié)皮，利用高通量測序技術(shù)，分析其微生物的群落組成和多樣性特征；并測定其養(yǎng)分狀況，深入探討了養(yǎng)分指標(biāo)與微生物群落的關(guān)系。研究結(jié)果有助于了解濕潤地區(qū)苔蘚結(jié)皮的養(yǎng)分狀況和微生物群落組成，為探究濕潤區(qū)苔蘚結(jié)皮在巖石上的附著、風(fēng)化機(jī)制提供理論基礎(chǔ)，為后續(xù)室內(nèi)培育和野外恢復(fù)提供指導(dǎo)意見。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于秦嶺北麓周至縣的泥峪、駱峪和車峪(圖1)，地勢呈西南高東北低，山區(qū)占76.4%，巖石多為深變質(zhì)的片巖及火成巖。區(qū)內(nèi)河流眾多、河床陡峻、水流湍急，植物資源豐富。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，低山區(qū)年溫差小，年均溫10 ℃左右。氣候濕潤，多年平均降水量為850.52 mm，由南向北遞減。夏季多暴雨，秋冬多陰雨，洪澇災(zāi)害比較頻繁。采樣點(diǎn)都臨近溪流，空氣濕度大，植被茂盛，羽枝青蘚[Brachytheciumplumosum(Hedw.) B.S.G.]、匐燈蘚(PlagiomniumcuspidatumT.Kop.)和鱗葉蘚[Taxiphyllumtaxirameum(Mitt.) Fleisch.]是研究區(qū)的優(yōu)勢苔蘚種。

圖1 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮研究區(qū)概況

1.2 樣品采集

經(jīng)過多次的野外調(diào)研分析，最終在泥峪、車峪、駱峪選擇了5個(gè)經(jīng)、緯度大致相同的、結(jié)皮生長良好、無人為破壞的采樣點(diǎn)(表1)，按5點(diǎn)采樣法采集石生苔蘚結(jié)皮層并混合均勻，每個(gè)樣點(diǎn)3個(gè)重復(fù)；并用毛刷刷取基質(zhì)層(>4 g)，裝入自封袋帶回。一部分于-80 ℃冷凍用于微生物測序，一部分自然風(fēng)干后過篩用于土壤理化性質(zhì)測定。

表1 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮采樣點(diǎn)基本信息

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 養(yǎng)分測定：用減量法稱取過0.149 mm篩孔的基質(zhì)土壤各2.0 g，分別用重鉻酸鉀氧化-外加熱法、半微量凱氏法、堿熔-鉬銻抗比色法、堿熔-火焰光度法測定有機(jī)質(zhì)(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)。

(2) 微生物測序：對樣本DNA進(jìn)行提取，利用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度，取適量的樣本DNA于離心管中，使用無菌水稀釋樣本至1 ng/μL。以稀釋后的基因組DNA為模板，擴(kuò)增16S的V4區(qū)和ITS1區(qū)引物，使用1×TAE濃度2%的瓊脂糖膠電泳純化PCR產(chǎn)物。選擇主帶大小在 400～450 bp 之間的序列，割膠回收目標(biāo)條帶。使用Illumina公司TruSeq DNA PCR-Free Library Preparation Kit建庫試劑盒進(jìn)行文庫的構(gòu)建，構(gòu)建好的文庫經(jīng)過 Qubit 定量和文庫檢測，合格后，使用IonS5TMXL測序平臺測序。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Cutadapt軟件對微生物測序數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控，得到最終有效數(shù)據(jù)。利用Uparse軟件對有效數(shù)據(jù)在97%的水平上序列聚類成為OTUs，以O(shè)TUs中出現(xiàn)頻數(shù)最高的序列作為OTUs的代表序列。用Mothur算法與SILVA132的SSUrRNA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類注釋，并在門水平進(jìn)行相對豐度分析。使用Qiime軟件(Version 1.9.1)計(jì)算結(jié)皮微生物群落的α多樣性指數(shù)。數(shù)據(jù)分析均利用Excel 2016和SPSS 2019軟件進(jìn)行，各樣點(diǎn)變量之間的顯著差異采用單因素方差分析和多重比較分析，土壤因子和微生物群落結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性采用Spearman相關(guān)性分析，設(shè)置顯著水平P<0.05。使用R語言軟件對土壤因子和微生物群落進(jìn)行冗余分析(redundancy analysis，簡稱RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 苔蘚結(jié)皮層的養(yǎng)分特征

對結(jié)皮層養(yǎng)分含量進(jìn)行單因素方差分析和多重比較分析測定，結(jié)果顯示(圖2)：研究區(qū)內(nèi)全氮含量豐富，5個(gè)采樣點(diǎn)間均差異顯著。其中，CY-2的全氮含量最高，為8.26 g/kg；LY-1的全氮含量最低，為4.16 g/kg。研究區(qū)內(nèi)全磷含量最高的樣點(diǎn)是CY-1(1.21 g/kg)，其次是NY-1和CY-2，且彼此間均無顯著差異。全磷含量最低的樣點(diǎn)是LY-1，僅為0.88 g/kg，與其他采樣點(diǎn)之間差異顯著。LY-1的全鉀含量顯著高于其他樣地，達(dá)到18.10 g/kg；5個(gè)樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)趨勢與全氮表現(xiàn)一致，其中含量最高的是CY-2的131.05 g/kg，最低的是LY-1的89.44 g/kg。

圖2 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮不同采樣點(diǎn)的養(yǎng)分含量比較

2.2 苔蘚結(jié)皮層的微生物群落組成與多樣性

表2和表3反映的是細(xì)菌和真菌的α多樣性。樣本的測序深度指數(shù)(Coverage指數(shù))均在0.976～0.999的區(qū)間內(nèi)，說明測序結(jié)果能夠展示樣品中絕大部分信息。對于細(xì)菌而言，不同采樣點(diǎn)的群落多樣性由大到小依次為：CY-1>CY-2>NY-1>LY-1>NY-2；豐富度：CY-1>CY-2>NY-1>LY-1>NY-2。真菌的群落多樣性由大到小依次為：CY-1>NY-1>LY-1>NY-2>CY-2；豐富度：CY-1>NY-2>LY-1>NY-1>CY-2。對α多樣性指數(shù)進(jìn)行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)各樣地的species、shannon、chao1指數(shù)均無顯著差異。

表2 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮的細(xì)菌α多樣性指數(shù)

表3 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮的真菌α多樣性指數(shù)

5個(gè)采樣點(diǎn)苔蘚結(jié)皮層中細(xì)菌相對豐度如圖3所示。變形菌門(Proteobateria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)、藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)、浮霉菌門(Planctomycetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)為研究區(qū)石生苔蘚結(jié)皮層細(xì)菌群落的主要組成菌群，占細(xì)菌群落的95%以上。

圖3 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮的細(xì)菌群落相對豐度

對NY-1采樣點(diǎn)來說，變形菌門占主導(dǎo)地位，相對豐度為33.22%，經(jīng)LSD多重比較結(jié)果顯示，NY-1采樣點(diǎn)的變形菌門與NY-2和LY-1采樣點(diǎn)具有顯著差異(P<0.05)，與其他2個(gè)采樣點(diǎn)的差異不顯著；其次是擬桿菌門和放線菌門，其相對豐度分別為24.97%和12.14%，擬桿菌門的相對含量與其他4個(gè)點(diǎn)之間均無顯著差異，放線菌門僅和LY-1采樣點(diǎn)有顯著差異(P<0.05)。NY-2采樣點(diǎn)的苔蘚結(jié)皮層中細(xì)菌的相對豐度表現(xiàn)為擬桿菌門>變形菌門>酸桿菌門>變形菌門，其中，放線菌門的相對含量與LY-1有顯著差異(P<0.05)，變形菌門與NY-1采樣點(diǎn)的有顯著差異(P<0.05)。NY-2采樣點(diǎn)的擬桿菌門和酸桿菌門在含量上與其他采樣點(diǎn)之間均無顯著差異。車峪2個(gè)采樣點(diǎn)的細(xì)菌含量均表現(xiàn)出相同的趨勢，均為變形菌門>擬桿菌門>酸桿菌門>放線菌門，且4種細(xì)菌相對含量在兩地均無顯著差異。不同于其他采用點(diǎn)，LY-1采樣點(diǎn)的主要優(yōu)勢菌群為放線菌門，其相對含量高30.34%，顯著高于其他4個(gè)采樣點(diǎn)的放線菌的相對含量。

在屬水平上，排名前十的菌屬是未知藍(lán)細(xì)菌屬(unidentified_Cyanobacteria)、深鐵桿菌屬(Ferruginibacter)、人參地黃色土源菌屬(Flavisolibacter)、未知酸桿菌屬(unidentified_Acidobacteria)、馬賽菌屬(Massilia)、苔蘚桿菌屬(Bryobacter)、土壤紅色桿菌屬(Solirubrobacter)、克羅氏菌屬(Crossiella)、黃桿菌屬(Flavobacterium)和金黃桿菌屬(Chryseobacterium)。其中，未知藍(lán)細(xì)菌屬是屬水平上豐度最高的菌屬，在NY-1和CY-2都有很高的含量。馬賽菌屬是變形菌門中含量最高菌屬，在LY-1大量分布且顯著高于其他樣點(diǎn)(P<0.05)。酸桿菌門主要由苔蘚桿菌屬和未知酸桿菌屬組成，未知酸桿菌屬在5個(gè)采樣點(diǎn)均有分布，且無顯著差異；NY-2樣點(diǎn)中的苔蘚桿菌屬豐度顯著高于其他樣點(diǎn)(P<0.05)。深鐵桿菌屬是一種反硝化細(xì)菌，能夠還原硝態(tài)氮，在NY-1和CY-1中大量分布，而在LY-1和CY-2點(diǎn)分布較少。

圖4是在門水平上真菌群落物種相對豐度圖，排名前十的真菌門是子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、被孢霉門(Mortierellomycota)、毛菌門(Mucoromycota)、壺菌門(Chytridiomycota)、羅茲菌門(Rozellomycota)、單毛壺菌門(Monoblepharomycota)、球囊菌門(Glomeromycota)、油壺菌門(Olpidiomycota)、芽枝菌門(Blastocladiomycota)。子囊菌門在采樣點(diǎn)的平均相對豐度最高(46.33%)。CY-2處的子囊菌門含量顯著高于其他采樣點(diǎn)(P<0.05)，其他4個(gè)采樣點(diǎn)之間的子囊菌門群落相對豐度均無顯著差異。NY-2采樣點(diǎn)的擔(dān)子菌門含量最高，且與其他采樣點(diǎn)之間無顯著差異。被孢霉菌門在5個(gè)采樣點(diǎn)之間的相對豐度表現(xiàn)為NY-1>LY-1>NY-2>CY-1>CY-2，且兩兩之間差異不顯著。擔(dān)子菌門在NY-1點(diǎn)相對含量更高，但與其他4個(gè)采樣點(diǎn)差異不顯著。

圖4 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮的真菌群落相對豐度

在屬水平上，Willeya、被孢霉屬(Mortierella)、健孔菌屬(Arrhenia)、球孢白僵菌屬(Beauveria)、小球腔屬(Leptosphaeria)、亞臍菇屬(Omphalina)、疣狀苔蘚屬(Verrucaria)、Neosulcatispora、Agonimia、粉褶覃菌屬(Entoloma)是主要的優(yōu)勢菌屬。Willeya是子囊菌門中含量最高的菌屬，大量分布在CY-2，此外在LY-1和NY2也有極少量分布。疣狀苔蘚屬在5個(gè)采樣點(diǎn)均有分布，CY-2的含量顯著高于其他4點(diǎn)。球孢白僵菌屬是子囊菌門中豐度排名第二的菌屬，主要分布在LY-1和NY-1中。被孢霉門中主要以被孢霉屬為主，也是LY1含量最高的菌屬，豐度達(dá)11.69%。健孔菌屬、亞臍菇屬和粉褶覃菌屬是擔(dān)子菌門中占優(yōu)勢的菌屬。健孔菌屬也是NY-2最主要的菌屬，此外NY-2采樣點(diǎn)還有相當(dāng)含量的亞臍菇屬存在。

2.3 苔蘚結(jié)皮層微生物群落與養(yǎng)分的關(guān)系

2.3.1 細(xì)菌群落與養(yǎng)分的關(guān)系將不同采樣點(diǎn)的苔蘚結(jié)皮層門水平上相對豐度占前十的細(xì)菌類群與土壤養(yǎng)分因子進(jìn)行冗余分析，得到RDA圖(圖5)。第一軸和第二軸對細(xì)菌菌落的解釋比例分別為85.12%和6.75%，與第一軸關(guān)系最密切的是全鉀，與第二軸關(guān)系最密切的是有機(jī)質(zhì)，兩軸累計(jì)解釋變量達(dá)91.87%，說明土壤因子對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有極大的影響。經(jīng)蒙特卡洛檢驗(yàn)，全鉀和有機(jī)質(zhì)對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響顯著。變形菌門的相對豐度與全氮、有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)、全磷呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)、全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；擬核桿菌與全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)呈不顯著正相關(guān)；放線菌門的豐度與全氮呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與有機(jī)質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；酸桿菌門與全鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與其他3種因子呈不顯著正相關(guān)；綠彎菌門與全氮和有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；疣微菌門與全氮和有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與全磷呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；藍(lán)細(xì)菌、浮霉菌門、芽單胞菌門與土壤因子均呈不顯著相關(guān)性。

圖5 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮細(xì)菌的相對豐度與土壤養(yǎng)分的RDA分析

2.3.2 真菌群落與養(yǎng)分的關(guān)系通過冗余分析，得到不同采樣點(diǎn)的苔蘚結(jié)皮層門水平上相對豐度占前十的真菌類群與土壤因子的RDA圖(圖6)。由圖可知，第一軸與第二軸分別解釋68.26%和30.23%的真菌群落組成。經(jīng)蒙特卡洛檢驗(yàn)，全磷、有機(jī)質(zhì)對結(jié)皮層真菌的群落組成有顯著影響。

圖6 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮真菌的相對豐度與土壤養(yǎng)分的RDA分析

子囊菌門的相對豐度與全氮和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著相關(guān)性(P<0.05)、與全鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)、擔(dān)子菌門的豐度與全鉀和有機(jī)質(zhì)呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)、與全氮呈顯著相關(guān)(P<0.05)。其余真菌種類與土壤養(yǎng)分均無顯著相關(guān)性。

3 討 論

3.1 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮層的養(yǎng)分狀況

根據(jù)全國第二次土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，采樣點(diǎn)結(jié)皮層土壤有機(jī)質(zhì)含量均達(dá)到了極豐富級別；全氮含量均顯著高于2 g/kg，達(dá)到了極豐富級別。研究區(qū)內(nèi)豐富的植被資源和土壤微生物對固定大氣中的氮起著關(guān)鍵作用，能夠提高土壤中氮含量。除CY-1的全磷含量達(dá)到中上級外，其余采樣點(diǎn)全磷量都位于0.88～1.19 g/kg范圍內(nèi)，屬于中下級別。土壤全磷含量取決于土壤母質(zhì)、成土過程和施肥作用[30]，由于采樣點(diǎn)人跡罕至，因此磷的含量較低主要是受到母質(zhì)與成土作用的影響。此外，有機(jī)質(zhì)含量越豐富，土壤全磷的含量也越高[31]，因此土壤有機(jī)質(zhì)較高的車峪-1的磷素含量高于其他4點(diǎn)達(dá)到中上級。除駱峪全鉀為中上外，其余均為中下。

3.2 秦嶺石生苔蘚結(jié)皮層的微生物特征

對本次調(diào)查的5個(gè)采樣點(diǎn)的結(jié)皮層土壤進(jìn)行高通量分析共得到3界、42門、82綱、212目、403科、771屬。其中在細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析中，共有32門、45綱、97目、176科、347屬，變形菌門、擬桿菌門、放線菌門、酸桿菌門為優(yōu)勢細(xì)菌菌門。騰格里沙漠苔蘚結(jié)皮層的優(yōu)勢細(xì)菌門為變形菌門(29.94%)、藍(lán)細(xì)菌門(16.38%)和放線菌門(11.29%)[32]，毛烏素沙地苔蘚結(jié)皮層優(yōu)勢細(xì)菌門為放線菌門(38.52%)和變形菌門(26.01%)[33]，表明苔蘚結(jié)皮層微生物優(yōu)勢群落與生境有關(guān)。未知藍(lán)細(xì)菌屬、深鐵桿菌屬、人參地黃色土源菌和未知酸桿菌屬是優(yōu)勢菌屬，此外馬賽菌屬、苔蘚桿菌屬的含量也相當(dāng)豐富。土壤細(xì)菌主要養(yǎng)分來源為根系分泌物和凋落物，旱區(qū)與濕潤區(qū)的營養(yǎng)差異導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落組成有所不同[34]。

與旱區(qū)結(jié)皮微生物的研究結(jié)果不同[22,33]，研究區(qū)內(nèi)擬桿菌門的豐度高于放線菌和酸桿菌，擬桿菌門是一種富營養(yǎng)型的異養(yǎng)細(xì)菌[35]，研究區(qū)濕潤的氣候、豐富的枯落物和有機(jī)質(zhì)為其提供了適宜的生長條件。而放線菌和酸桿菌都是貧營養(yǎng)型細(xì)菌[35-36]，能分解難降解的碳庫，能更好地適應(yīng)干旱貧瘠的生態(tài)系統(tǒng)。因此在多數(shù)研究中都是旱區(qū)豐度最高的優(yōu)勢菌門。藍(lán)細(xì)菌是生物結(jié)皮早期演替的主要固氮微生物，Steven等[37]的研究表明，氣溫升高和降水量的增加會(huì)顯著降低藍(lán)細(xì)菌門的相對豐度，因此相較于騰格里沙漠和毛烏素沙地，研究區(qū)內(nèi)藍(lán)細(xì)菌的含量較低。

土壤真菌是土壤微生物的重要組成部分，其物種多樣性在維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡中起著關(guān)鍵作用[38]。對于真菌群落結(jié)構(gòu)分析中，共有10門、37綱、105目、227科、424屬，子囊菌門和被孢霉門為優(yōu)勢菌門。子囊菌門在研究區(qū)是絕對的優(yōu)勢真菌，這與旱區(qū)的研究一致，盡管他的相對豐度遠(yuǎn)小于在旱區(qū)的研究中的含量，僅為46%，這或許是因?yàn)槠渌婢绫绘呔T等的含量增加。事實(shí)上子囊菌群在全球土壤真菌中占主導(dǎo)地位[39]，其群落主要由腐生菌構(gòu)成，可以通過分泌多種酶降解復(fù)雜有機(jī)質(zhì)，為苔蘚提供養(yǎng)分[40-41]。在屬水平上，Willeya、被孢霉屬、健孔菌屬、球孢白僵菌、小球腔屬、亞臍菇屬、疣狀苔蘚屬、Neosulcatispora、Agonimia、粉褶覃菌屬是主要的優(yōu)勢菌屬。Willeya是子囊菌門下的優(yōu)勢屬，與疣狀苔蘚屬同屬于Verrucariaceae科，廣泛存在于巖石上，可以通過分泌酸來幫助分解石灰?guī)r。疣狀苔蘚屬和亞臍菇屬都是擔(dān)子菌門下的優(yōu)勢屬，通常與苔蘚呈現(xiàn)出某種互惠關(guān)系。

3.3 土壤養(yǎng)分和微生物群落組成的關(guān)系

微生物是生物結(jié)皮形成的參與者，又受到生物結(jié)皮發(fā)育程度的影響[42]。微生物群落結(jié)構(gòu)特征是土壤整體狀況的綜合反映，土壤養(yǎng)分對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征具有重要影響[43]。

生物結(jié)皮能夠改善土壤理化性質(zhì)[44]，從而顯著影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)[33, 45]。冗余分析顯示全鉀及有機(jī)質(zhì)是影響結(jié)皮下土壤細(xì)菌群落組成變化的主要?jiǎng)恿Γ渲腥浭亲钪饕挠绊懸蜃印?/p>

研究區(qū)的全氮和有機(jī)質(zhì)均保持在較高水平，這或許是因?yàn)樽冃尉拇嬖凇Ｗ冃尉堑瓑闹邪l(fā)揮主要作用的物種[46]，也是參與有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的主要功能細(xì)菌[47-48]，能夠在植物根際快速地富集，在濕度大[49]且營養(yǎng)豐富的土壤中具有更高的存在比例[38, 50]。馬賽菌屬是變形菌門下含量最高的菌屬，屬于β——Proteobateria，對營養(yǎng)狀態(tài)的改變有很高的敏感性，有研究發(fā)現(xiàn)馬賽菌屬的相對豐度與土壤活性有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系[51]，這與本研究結(jié)果一致。同時(shí)，馬賽菌屬具有溶磷的作用，在馬賽菌屬分布較多的地方，磷的含量也較豐富。人參地黃色土源菌屬、深鐵桿菌屬、黃桿菌屬都是擬桿菌門下的菌屬，作為根際促生菌，能夠促進(jìn)石生苔蘚的生長。放線菌豐度與全氮含量呈負(fù)相關(guān)，這與樊瑾等[52]在毛烏素的研究一致，但周虹等[53]的研究表明，放線菌與全氮呈正相關(guān)。這是由于放線菌發(fā)育緩慢，當(dāng)環(huán)境提供的營養(yǎng)物質(zhì)較多時(shí)，競爭能力弱；而當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)較多時(shí)，放線菌數(shù)量反而占優(yōu)勢[54]。

研究區(qū)苔蘚結(jié)皮層中的真菌以子囊菌門和被孢霉門為主，子囊菌門含量與全氮、有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)，子囊菌門以腐生菌為主，土壤中難以分解的木質(zhì)素、纖維素等復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)都可以被它分解成植物可直接利用的有機(jī)質(zhì)。而豐富的有機(jī)質(zhì)可以增加子囊菌門的豐度[55]。不同于趙宇龍等[50]在毛烏素沙地的研究，被孢霉門的豐度占到10%左右，是該區(qū)的優(yōu)勢真菌菌門之一。被孢霉菌是一類有益的腐生真菌，可補(bǔ)充氮素、有機(jī)碳，在碳氮豐富的土壤中，其豐度顯著增加[56]。被孢霉能夠分解難利用的磷，在低磷水平的土壤中有較好的適應(yīng)性，這或許是采樣點(diǎn)結(jié)皮微生物中被孢霉含量高的原因之一。

4 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)秦嶺石生苔蘚結(jié)皮層的優(yōu)勢細(xì)菌主要是變形菌、擬核桿菌、放線菌和酸桿菌，其中放線菌和酸桿菌的含量相對于旱區(qū)而言有所下降，而擬桿菌含量顯著增加；子囊菌門、被孢霉菌門和擔(dān)子菌門的豐度占了真菌的70%左右，但與旱區(qū)相比，子囊菌門和擔(dān)子菌門的相對豐度明顯減少，而被孢菌門豐度顯著增加，甚至成為了優(yōu)勢菌門。有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀對群落組成都有一定的影響，其中有機(jī)質(zhì)是影響結(jié)皮層微生物群落組成最主要的養(yǎng)分因子。研究結(jié)果為闡明苔蘚結(jié)皮在濕潤地區(qū)的發(fā)育形成機(jī)制及功能發(fā)揮機(jī)理奠定基礎(chǔ)，可為裸露巖石創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)提供借鑒。