不同產區蘿卜根際細菌差異及對蘿卜品質影響

Differences in Rhizosphere Bacteria in Radish in Diferent Production Areas and the Efectson Radish Quality

ZHANG Mengjuan12， ZHANG Ningning12， ZHANG Qiangl， RUAN Weibin2， CHEN Qiusheng1， CHENG Yi1 （1.InstituteofAgro-productSafetyandNutritionTianjinAcadeofAgicultureSciences，ianjn30381hina；2Schlofie Sciences，Nankai University，School ofLife Sciences，Tianjin3Ooo72，China） Abstract：Inodertoaalyzetecologicalstructureofadishzospheresoilandprovideasientificadishplantingmethodigh throughputsequencingwasusedtostudytherhizospherebacteriaintwodiferentWeiqingradishproducingareasinXiqigand Wuqing，Tianjin.Theresultsshowedthatthere were17O97and18435uniquebacterialampliconsequence variants（ASVs）in Xiqing and Wuqingregions，respectively，anda total of7691 identical bacterial ASVsinthe two productionareas. upalpha$ diversity analysis showedthatthediversityandevennesofizobacteriainadishin WuqingdistrictweresignificantlyhigherthantoseinXiqingdistrict，andthesumof theabundances of Proteobacteria，BacteroidotaandAcidobacteriota was 63.63 % -64.88 % ，whichbelonged to the absolutedominantphylum.Correlationnalysisshowedthatsolubleprotein，solublesugar，vitaminC，dimethyldisulfideanddimethyl trisulfideweesigiicantlyorelatedithteivesityofzosprebactea.Inonlusio，eaedifrncsinospe bacteriain diffrent production areas，and the composition of bacterial communityafected the qualityof radish.

Keywords：Weiqingradish；rhizosphere bacteri； high-throughputsequencing；communitystructure；functional prediction

“根際”一詞是由LorenzHiltner提出[，包括植物根表面和直接被根系影響的土壤區域。植物根際生活著種類豐富、數量眾多的微生物，包括真菌、細菌、放線菌、藻類、病毒和原生生物，它們通過自身代謝活動參與有機質分解、土壤結構形成、提升土壤肥力、增強植物對生物和非生物脅迫的耐受性，在植物生長過程中扮演著關鍵角色[2-5。當前，針對根際細菌的研究相對較多，大量研究表明，根際細菌能夠通過多種方式直接或間接地促進植物生長，包括分泌生長調節物質、溶解釋放營養元素和誘導植物抗性系統等6-7。從小麥中篩選到的多粘類芽孢桿菌，對番茄和水稻均有促生長作用，番茄發芽率和胚根長度均提升，過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性提高，水稻秧苗根長和超氧化物歧化酶活性增加8。Wu等[9]研究表明，番茄接種耐鹽芽孢桿菌，提高了番茄對鹽脅迫的耐受性。因此，了解作物根際細菌群落結構組成和功能成分對于綠色農業發展和品質提升具有至關重要的作用。

衛青蘿卜是地區特有的名優品種，其肉質翠綠、甜脆可口、水分充足，其維生素C含量高于梨、蘋果8＼～10倍，富含纖維素和淀粉，可有效緩解消化不良和便秘問題，其中的芥子油成分能夠開胃、殺菌消炎、增強食欲、美容養顏。衛青蘿卜因其優良品質和獨特風味，獲得多項榮譽，并在2009年被我國農業部認定為“一村一品”示范工程產品，連續3年被評為“農業品牌產品”。目前，衛青蘿卜主要種植區域為市西青區和武清區，其種植土壤上沙下黏的特性培育出衛青蘿卜獨特的營養品質。為提升衛青蘿卜品牌價值及產業發展，針對衛青蘿卜品種培育、栽培技術等領域開展了大量的研究工作[10-1]。但針對衛青蘿卜根際細菌與品質相關性的研究鮮有報道。為明確衛青蘿卜根際細菌群落結構以及根際細菌對蘿卜品質的影響，促進衛青蘿卜優質種質資源的培育及品質的提升，本研究通過對不同地區衛青蘿卜根際細菌、營養品質、揮發性成分進行測定，結合聚類分析、Spearman相關性分析等，明晰衛青蘿卜根際細菌多樣性及功能基因，闡明根際細菌與蘿卜品質的相關性，以期挖掘出優質菌種資源。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗材料取自市西青區沙窩村（ 和武清區田水鋪村（ 衛青蘿卜種植基地，市屬于溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫為 12～ ，年均日照時長為 ，年均降水量為 。

1.2試驗材料

每個大棚選取5個大小一致、表皮色澤均勻、表面無機械損傷、無明顯病蟲害、成熟度和新鮮程度一致、標準性狀明顯的新鮮蘿卜為1份樣本。同時，以衛青蘿下為圓心，鏟出環狀根區，抖落松散土壤，只保留根系表面 1mm 內的土壤，置于同一個無菌封口取樣袋混勻，共采集根際土壤樣本60份，將其運送至實驗室，于 溫度條件下保存。采自西青產區的蘿卜標記為XQ，采自武清產區的蘿卜標記為WQ。采集時間為2023年12月下旬。

1.3蘿卜品質指標的測定

本研究檢測的蘿卜品質指標包括營養品質（蛋白質、可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、粗纖維、水分）和揮發性成分（甲基硫醇、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、4-甲基異硫氰酸戊酯、異硫氰酸己酯、4-甲硫基-3-丁烯異硫氰酸酯、4-甲硫基異硫氰酸丁酯）。

蘿卜的蛋白質含量依據GB5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定方法》進行測定，可溶性糖含量依據GB/T37493—2019《糧油檢驗谷物、豆類中可溶性糖的測定銅還原-碘量法》[3]進行測定，可溶性固形物含量依據GB/T12143—2008《飲料通用分析方法》4進行測定，維生素C含量依據GB5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定方法》5進行測定，粗纖維依據國標GB5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》進行測定，水分依據GB5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》進行測定，揮發性成分參考劉辰等8研究方法進行測定。

1.4根際土壤細菌群落的測定

細菌群落測定過程中，采用土壤微生物DNA提取試劑盒（TIANGEN）進行DNA提取，以細菌特異性引物對341F（ -CCTACGGGNGGCWGCAG-3）、806R（ -GGACTACHVGGGTWTCTAAT- ）進行PCR擴增，利用NEBN" II FS DNA PCR-freeLibraryPrepKit（NewEnglandBiolabs）進行文庫構建，NovaSeq6000進行PE250上機測序，此過程委托諾禾致源生物信息科技有限公司完成。

1.5數據統計分析

本研究使用Excel2024軟件進行數據預處理，采用SPSS26.0軟件進行數據統計分析，采用GraphPadPrism、FLASH1.2.11、QIIME2-202006、Perl、Adonis、Anosim、R4.0.3軟件進行土壤細菌群落結構分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1測序數據初步分析

對取自市西青產區和武清產區的60份蘿卜根際土壤樣品進行16SrRNA基因高通量測序分析，經過濾、去除嵌合體后，得到細菌有效序列84580＼～123221條，有效序列堿基數 35933404～ 51795497。由圖1可知，西青產區和武清產區分別有17097和18435個獨特的細菌擴增子序列變體（AmpliconSequenceVariant，ASV），2個產區共有7691個相同的細菌ASV。

線性判別分析（LEfSe）能夠用于2個分組的比較，尋找組與組之間具有統計學差異的Biomarker。

本研究在去除個別異常點后，通過LEfSe分析，確定了不同產區根際土壤中差異細菌類群（LDA閾值為4），2個產區共篩選到14個具有顯著差異的細菌類群（圖2），門分類水平3個，綱分類水平4個，目分類水平3個，科分類水平2個，屬分類水平2個。在門水平上，西青產區的（Proteobacteria）（變形菌門）和Cyanobacteria（藍藻菌門）顯著高于武清產區，武清產區的Actinobacteriota（放線菌門）顯著高于西青產區；在屬水平上，西青產區的羅爾斯通氏菌（Ralstonia）和綠菌屬（Chloroplast）顯著高于武清產區。

2.2根際土壤細菌群落結構的分析

作物對根際細菌群落結構發揮選擇性作用，以獲得作物所需的特定功能。由圖3-A所示，在門水平上，相對豐度排名前10的細菌門為Proteobacteria（變形菌門）Bacteroidota（擬桿菌門）、Acidobacteriota（酸桿菌門）Cyanobacteria（藍藻菌門）Firmicutes（厚壁菌門）Gemmatimonadota（芽單胞菌門）Verrucomicrobiota（疣微菌門）Crenarchaeota（古菌門）Actinobacteriota（放線菌門）Myxococcota（黏球菌門），其在西青產區和武清產區占比分別為91.61% 和 89.76% 。其中，變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、芽單胞菌門在2個產區均占據優勢地位，在西青產區和武清產區占比分別為 71.52% 和72.05% 。綜合來看，主要優勢菌群在2個產區基本保持穩定，但相對豐度有所差異，西青產區的優勢細菌門為變形菌門（ 42.05% ）擬桿菌門（ 14.66% ）、酸桿菌門（ 8.17% ）芽單孢桿菌門（ 6.64% ），武清產區的優勢細菌門為變形菌門（ 35% ）、擬桿菌門（ 14.69% ）、酸桿菌門（ 13.94% ）、芽單胞菌門0 8.42% ）。變形菌門占比排序為西青產區 gt; 武清產區，酸桿菌門和芽單胞菌門排序為武清產區 gt; 西青產區。

由圖3-B可知，在屬水平上，相對豐度排名前10的細菌屬分別為Ralstonia（雷氏菌屬）Chloroplast（綠菌屬）Pseudomonas（假單胞菌屬）、Flavobacterium（黃桿菌屬）、 KD3-93？RB41 /Sphingomonas（鞘氨醇單胞菌屬）Bacillus（芽孢桿菌屬）Luteolibacter（蒼黃桿菌屬） ？ A dhaeribacter（土黏結桿菌屬），其在西青產區和武清產區占比分別為22.13% 和 16.9% 。西青產區的優勢細菌屬為雷氏菌屬（ 4.5% ）假單胞菌屬（ 3.3% ）鞘氨醇單胞菌屬L 3.3% ），而武清產區的優勢細菌屬是RB41（ 3.5% ）、鞘氨醇單胞菌（ 3.3% ）、芽孢桿菌屬（ 3.2% ）。2個產區的微生物在屬水平上存在差異。

2.3根際細菌群落結構與多樣性分析

微生物是土壤肥力潛在的驅動力，微生物的多樣性受到各種生物和非生物因子的影響，同時微生物的多樣性也能影響植物生長。為了揭示2個產區蘿卜根際細菌多樣性的差異，本研究根據測序結果計算Chao1指數、ObservedOTUs指數、Shannon指數和Simpson指數。如圖4所示，武清產區的Chao1指數、ObservedOTUs指數、Shannon指數和Simpson指數范圍分別為2660＼～3658、2636＼～3634、9.7＼～10.7、0.985＼～0.999；西青產區的Chao1指數、ObservedOTUs指數、Shannon指數和Simpson指數范圍分別為 3296、1987＼～3264、9.2＼～10.5、0.75＼～0.998；武清產區的微生物多樣性指數均顯著高于西青產區，因此武清產區的土壤細菌多樣性及物種均勻度高于西青產區。

本研究利用各樣品的序列信息，使用NMDS（Non-MetricMulti-DimensionalScaling）進行分析，對WeightedUnifrac和UnweightedUniFrac距離進行可視化操作，衡量樣品間及組間的細菌群落β-多樣性。由圖5可知，2個產區間根際細菌群落結構存在差異（Stress lt;0.2 ，而且相對于西青產區，武清產區組間差異更小。原因可能是武清產區種植年限較短，種植區域相對集中，管理模式較為一致，標準化程度較高，而西青產區種植年限較長，種植區域相對分散，管理模式差異較大。

2.4根際細菌功能基因預測分析

基于KEGG功能注釋，對西青產區和武清產區王壤中獲得的非冗余基因開展基因功能預測分析。由圖6-A可知，一級功能層共涉及可識別生物代謝通路7類，包括新陳代謝、遺傳信息處理、環境信息處理、細胞過程、人類疾病、有機系統和未分類，其在西青產區占比分別為 47.37%.20.91%.13.58% 、7.89%.2.92%.1.81%.5.51% ，在武清產區占比分別為 48.23%.20.89%.13.01%.7.85%.2.88% 1.76%.5.38% ，其中新陳代謝是最主要的功能。

由圖6-B所示，相對豐度排名前10的功能基因分別為碳水化合物代謝、氨基酸代謝、膜轉運、翻譯、復制和修復、能量代謝、信號傳導、維他命和輔助因子代謝、核昔酸代謝和脂類代謝。總體而言，2個產區土壤細菌功能基因表達大致相同，不同基因相對豐度有所差異。

2.5根際細菌與蘿卜品質相關性分析

由表1可知，可溶性蛋白、可溶性糖、固形物、維生素C與Chao1、Observed OTUs、Shannon、Simpson指數呈正相關，而粗纖維含量與Chao1、ObservedOTUs呈負相關。

根際細菌多樣性能夠影響衛青蘿卜中揮發性含硫化合物，對根際細菌多樣性指數與衛青蘿卜揮發性含硫物質進行Spearman相關性分析（表2）。由表2可知，Chao1、Observed OTUs、Shannon、Simpson 與甲基硫醇、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、4-甲基異硫氰酸戊酯、異硫氰酸已酯、4-甲硫基-3-丁烯異硫氰酸酯、4-甲硫基異硫氰酸丁酯均呈正相關。

3討論與結論

3.1 討論

根際微生物與植物存在互作效應，植物在生長發育過程中，其根系會分泌一些有機酸、糖等物質，形成植物根際特有的根際微生物群落，從而影響作物生長、產量、質量和健康[19-20]。研究表明，根際細菌群落結構對維持土壤肥力和健康具有重要作用[21]。本研究中，大樣本采樣分析結果表明，西青產區和武清產區蘿卜根際土壤的優勢細菌門是變形菌門、擬桿菌門、酸桿菌門，這些細菌群落之所以能夠在蘿卜根際富集，不僅與土壤環境、蘿卜生長特點和水肥條件有關，而且與各菌群的特性功能密切相關。變形菌門和酸桿菌門是土壤中較豐富的細菌門2，并且變形菌門影響土壤的碳、氮、硫循環，是多種作物根際王壤的共有優勢細菌門，對作物生長及養分利用具有關鍵作用23。厚壁菌門是一種富營養型細菌，生長速度快，能夠分解釋放并幫助植物吸收土壤中的營養元素。芽孢桿菌屬可以產生有機酸和磷酸酶，將土壤中難溶的磷酸鹽分解為供植物直接吸收利用的磷酸鹽，從而促進植物生長24。假單胞菌屬在土壤中廣泛存在，已被確認的種類共計200余種，這類細菌具有分解多種有機化合物的能力，假單胞菌廣泛應用于生物修復、生物防治、植物的生長調節等方面[25-26。根際微生物群落結構對維持土壤功能和作物品質方面具有重要作用，而且根際細菌多樣性能在一定程度上反應作物的生長狀況2。通常來說，土壤微生物群落Alpha多樣性指數越大，微生物群落結構就越復雜，穩定性也會越高，一個更完整、更復雜的網絡對植物病原來說也更具抵抗力。

對細菌群落豐度與蘿卜營養成分和揮發性含硫化合物的關系進行分析，結果顯示，蘿卜品質指標與根際土壤中豐度排名前10的多個微生物門和屬顯著相關。本研究中，擬桿菌門與蘿卜纖維和異硫氰酸己酯含量呈顯著正相關，這可能與其影響土壤的碳循環和硫代謝有關。研究表明，鞘氨醇單胞菌不僅能夠通過提高各種環境脅迫的耐受性來改善植物健康2，而且可以產生有益的植物生長激素，促進植物生長[2。同時，一些研究較少的細菌在門和屬水平也與蘿卜品質性狀表現出相關性。綠彎菌門是一個確立較晚的細菌類群，分布極為廣泛，具有多種營養方式（光能自養、化能自養、光能異養、化能異養），一些鐵細菌、硝化細菌，硫化細菌和氫細菌也可能存在于綠彎菌中，它與土壤中碳循環（ 固定、CO氧化）氮循環（硝化作用）和硫循環（硫氧化）密切相關[30。這些根際細菌通過影響土壤養分及元素含量來間接影響作物的生長發育。此外，鑌骨細菌門也參與土壤碳氮硫循環3，但鑌骨細菌門必須與其他微生物共生，并且在其繁殖成熟后可以將寄主菌殺死。因此，鑌骨細菌門豐度過高可能造成根際土壤中多種有益菌死亡2，進而導致蘿卜蛋白質、可溶性糖和纖維含量降低。根際是生態系統中土壤和根系互聯互通的關鍵橋梁，是物質、能量流動和信息交換的核心場所33]，研究根際微生物能夠為提升農作物品質提供科學依據。

3.2 結論

16SrRNA測序結果表明，西青產區和武清產區優勢細菌門相似，變形菌門、擬桿菌門、酸桿菌門為優勢細菌門。武清產區的Chao1指數、ObservedOTUs指數、Shannon指數高于西青產區，即武清產區細菌多樣性及豐度均高于西青產區。根際微生物群落能夠影響蘿卜品質的形成，改善土壤理化性質，保證土壤環境穩態，是促進蘿卜高產、優質的可行策略。土壤中微生物錯綜復雜，并且受多種環境因子影響，本研究對蘿卜根際土壤細菌群落結構僅做了初步的關系探索，其影響機制還需進一步深入研究。

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