外源硒處理對彌勒珠芽魔芋根際土壤細菌群落的影響

中圖分類號S154.3文獻標識碼A文章編號 0517-6611（2025）11-0161-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611. 2025.11. 035

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

The Effect of Exogenous Selenium Treatment on the Bacterial Communityin the Rhizosphere Soil of Amorphophallus muelleri HE Ping，JIAO Hong-peng，WUJi-lietal（Guangdong Provincial Geological Experiment amp;Tsting Center（（Guangdong MineralRe sourcesAppicationResearchInstute）/KeyLboratoryofRadioactiveandRareSateredMinerals，MinistryofNaturalResoucs，uang zhou，Guangdong 510080）

AbstractObetie]ToexplorethtofdingselefertlizeronthacterialommunityinezosperesoilofAmoolus muelri.edgompsdesitfceoitseslAmop underexogenousselenumtreatmentwereanalyzedbymeansof16Sampliconsequencingtecholog，andthefunctionsoftheelevantou nities werefurtheranalyzedthroughPICRUStfunctionpredictionanalysis.Result]ExogenousseleniumtreatmentincreasedtheOTUabundance，thenumberofuniquebactelOUandheommunitdversityintezosphresoilofAmohopallsmuelerisimultaously TheOTUabundanceandthenumberofuniqueOTUsintheselenium-treatedgroupwere1.O3and1.08timestoseinthecontrolgroup，respectively.PCoAfuterreveaedthattheamplesinteselenmreatedgoupandtecontrolgroupwereclearlyseparatedonthefistprincipalcomponentwithrelativelylargedistancebetwenedicatingthatteacterialcommunitystructuresinthzospresilof AmorphophalusmuelerietgrouseresignificantlfentSpecsompsiaalsissoedat，ompadwihetro group，tidoalchcteoeibceogae cesandGemmaimoasinesheoloftesle-treatedopeiedareasintredCRUStfutioprdtoed thatoreetabiadfcsoftactealmitinsAmopluslogostat mentwereenhancedcomparedwith toseinthecontrolgroup，suchasaminoacidmetabolism，carbohydratemetabolismandeergymetabo lism，etc.Conclusion]Exogenousselenutreamentcouldleadtoalargeumberofhangesitebacteralcomunityinthse soilforpopallsmuelei，hchasnducivetoeatingstablendredvsfdzospremicrobialmmnitucture. Kev wordsAmorbhophallus mueleri： Rhizosphere soil：Exogenous selenium treatment ： Bacterial communitv

魔芋（Amorphophallusspp.）是天南星科多年生草本植物，也是世界上唯一富含大量葡甘聚糖（KGM）的植物種群[1-2]，由于具有獨特的物理和化學性質，被廣泛應用于食品、醫藥保健、化學工業等領域[3]。其中，彌勒珠芽魔芋（Amorphophallusmuelleri）（下文簡稱珠芽魔芋）是一類重要的魔芋栽培種，具有較強的軟腐病抗性以及豐富的KGM含量[4-5]。近年來，隨著魔芋產品的不斷開發，魔芋種球的需求量逐年增加。然而，魔芋種植過程中的連作障礙等問題嚴重制約了我國魔芋產業的發展。因此，探明不同種植或施肥方式對珠芽魔芋生長及土壤健康狀況的影響，對于我國魔芋產業綠色健康可持續發展具有重要意義。

植物根際被認為是地球上最復雜的生態系統之一，也是各類微生物的熱點棲息地[。根際微生物群落在促進土壤養分循環，改善土壤結構，促進植物生長發育以及增強植物防御機制等方面發揮重要作用[8]。研究表明根際微生物群落與植物大多數的抗病和發育機制密切相關[9-10]。VanderEnt等[\"發現植物根際促生菌（PGPR）熒光假單胞菌WCS417可通過加速相關防御基因表達和增加病原體進入位點的胼胝質沉積而誘導擬南芥中的誘導性系統抗性（ISR）；Wen等[12]研究表明對枯萎病敏感的黃瓜植株根際傾向于聚集有益的微生物，如叢毛單胞菌科（Comamonadaceae）和黃單胞菌科（Xanthomonadaceae），這些微生物可以通過分泌較多的有機酸來控制枯萎病。然而，根際微生物群落組成受多種因素的影響，其中土壤類型和植物基因型是最主要的2個因素，同時施肥方式[13-14]和栽培管理措施[15]等的改變通常也會使土壤結構或環境改變，從而進一步導致土壤微生物群落結構、物種組成和多樣性的變化[16]。劉若薇[17]和柯玲杰等[18]研究了不同的硒肥來源、種類和施用量對植物根際土壤微生物群落結構、多樣性及作物品質的影響，明確了適宜濃度的硒肥有助于提升土壤酶活性，富集有益根際微生物，提高土壤微生物群落的豐富度和多樣性。然而，目前關于外源硒肥對珠芽魔芋根際土壤微生物群落的影響鮮見報道。

細菌在土壤微生物中占比最大，是土壤中最活躍的因素，也是評價土壤健康狀況的重要指標，在促進作物生長方面發揮著關鍵作用[19]。因此，該研究以珠芽魔芋為研究對象，借助16S擴增子測序系統分析了外源硒處理對珠芽魔芋根際土壤細菌群落組成及多樣性的影響，以期為合理施用硒肥改善土壤微生態環境，優化魔芋的種植效益和維持魔芋產業的可持續發展提供科學依據

1材料與方法

1.1材料試驗于2023年4—10月在廣東省韶關市武江區進行，試驗區土壤類型為紅壤，質地為砂壤土。供試珠芽魔芋種球由云南省魔芋生物學重點實驗室提供，品種為“珠芽金一號”。供試硒肥硒含量 10g/kg ，規格 150g/ 包。

1.2試驗設計及樣品采集試驗包括2個處理組，外源硒處理組（TSe）：施用硒肥 2.25kg/hm² ;對照組（TCK）：不施用硒肥。采用隨機區組排列，每處理3次重復，各處理重復分別用 和TCK1、TCK2、TCK3表示。小區面積75m² 。魔芋為單壟種植，壟面寬 80cm ，壟高 20～30cm ，兩壟之間壟溝寬 25～30cm ，魔芋株距 40cm 。供試魔芋種球于2023年4月28日統一種植，供試硒肥于魔芋種植時作為基肥拌塘施用。

于魔芋地下球莖膨大期（2023年10月）進行樣品采集，在每個試驗小區采用5點取樣法選取魔芋植株，去除表層0～10cm 的土壤，然后將魔芋植株整株拔起，用刷子輕輕掃下附著在珠芽魔芋根上的微小土壤顆粒作為根際土壤，將5株魔芋的根際土壤充分混勻后作為1個樣本，共計6個樣本。將采集好的魔芋根際土壤樣本在液氮中速凍后立即儲存在 -80^°C 冰箱備用。

1.3 土壤微生物 DNA 提取和擴增子測序準確稱量 0.5g 珠芽魔芋根際土壤樣品，使用試劑盒（FastDNA？SPINKitforSoil）分別提取6個土壤樣品的總DNA。提取完成后，使用NanoDrop2000和 1% 瓊脂糖凝膠電泳分別檢測DNA濃度、純度和提取質量。采用通用引物 338F （ 5^′ -ACTCCTACGG-GAGGCAGCAG- 3^′ 和806R（ 5^′ -GGACTACHVGGGTWTCTA-AT-3^′ ）對6個土壤樣品中細菌群落的16SrRNA基因V3-V4可變區進行PCR擴增[20]。利用 2% 瓊脂糖凝膠對擴增后的PCR產物進行回收，并利用試劑盒（AxyPrepDNAGelExtrac-tionKit）進行回收產物的純化。純化后的擴增產物委托上海美吉生物醫藥科技有限公司在IluminaMiseqPE3O0平臺進行測序。

1.4擴增子下機數據質控與分析利用fastp對雙端原始下機序列進行質控，過濾reads尾部質量值在20以下的堿基，使用FLASH軟件分別以最小/最大重疊（ 10bp/200bp ）和最大錯配率（ 20% ）進行雙端序列拼接[21]。在 97% 的相似度水平上使用UPARSE軟件對拼接后的高質量序列進行OTU劃分[22-23]。代表序列利用RDPclassifier軟件和 Silva16SrRNA數據庫（v138）進行物種注釋（置信度閾值為70% ）。采用Mothur軟件計算 ∝ 多樣性指數，并通過Student'stest確定不同處理組間 ∝ 多樣性指數以及物種相對豐度差異的顯著性。計算Bray-Curtis相異度用于細菌群落的 β 多樣性分析，并通過QIIME的主坐標分析（PCoA）檢驗外源硒處理組和對照組樣本間細菌群落結構的整體變化[24]。使用PICRUSt（version 2.2.0）軟件進行16S功能預測分析。

2 結果與分析

2.1細菌的OTU豐度和 α_αα_αβ_α 多樣性通過Illumina MiSeq高通量測序從6個土壤樣本中獲得396435條有效細菌序列，平均序列長度為 415bp 。在 97% 的序列相似性水平上對有效讀數進行分類注釋，共注釋到6659個細菌OTUs。如圖1所示，外源硒處理組和對照組分別包含5036個和4908個細菌OTUs，外源硒處理組的細菌豐度是對照組的1.03倍。Venn圖展示了各組魔芋根際土壤共有和特有的細菌OTUs，2組共有3285個細菌OTUs，占魔芋根際土壤細菌總OTUs的 49.33% 。外源硒處理組特有的OTUs（1751個）是對照組（1623個）的1.08倍。以上結果表明，外源硒處理同時增加了珠芽魔芋根際土壤內細菌群落的豐度和特有的細菌OTUs。

通過 ∝ 多樣性指數進一步比較分析了外源硒處理對珠芽魔芋根際土壤細菌群落多樣性和豐富度的影響，結果如表1所示。外源硒處理組珠芽魔芋根際土壤細菌群落的Shan-non指數較對照組增加了 0.74% ，而 Simpson、ACE 和 Chao1指數較對照組分別降低了 13.64%.0.63% 和 1.19% ，2組間各指數均無顯著差異。

基于Bray-Curtis距離算法的PCoA主坐標分析評估了外源硒處理對珠芽魔芋根際土壤細菌群落結構 β 多樣性的影響（圖2）。第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）對樣本差異性的解釋度分別為 56.87%.18.04% 。2組樣本在第1主成分上發生了明顯分離，外源硒處理組和對照組的樣本分別分布于PC1軸的左右兩側且間隔距離較遠，表明2組間的珠芽魔芋根際土壤中細菌群落結構明顯不同。

2.2不同分類水平上細菌群落的物種組成及相對豐度為了進一步解析外源硒處理組與對照組中珠芽魔芋根際土壤細菌群落組成的差異，筆者在門和屬水平上對物種組成進行了分析。門水平上，變形菌門（Proteobacteria）放線菌門（Actinobacteriota）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、綠彎菌門（Chloroflexi）厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroid-ota）等是珠芽魔芋植株根際土壤中主要的細菌群落，占珠芽魔芋根際土壤細菌總量的 80% 以上（圖3）。外源硒處理組中珠芽魔芋根際土壤中變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門的相對豐度較對照組分別降低了 15.30% 、 16.99% 和 42.39% ;而外源硒處理后珠芽魔芋根際土壤中放線菌門、綠彎菌門和酸桿菌門的相對豐度較對照組分別增加了 21.13%.9.46% 和35.56% 。

樣本與物種關系Circos圖展示了不同處理組樣本中細菌群落在屬水平上的物種組成（圖4）。結果顯示，芽孢桿菌屬（Bacillus）、norank_f__norank_o__Acidobacteriales、norank_f__norank_o__Gaiellales、norank_f__norank_o__Vicinamibactera-les、unclassified_f_Xanthobacteraceae、分枝桿菌屬（Mycobacte-rium）等是珠芽魔芋根際土壤中主要的優勢細菌群落。為了進一步明確外源硒處理組珠芽魔芋根際土壤中細菌群落相對豐度的變化，筆者進行了組間差異顯著性分析，圖5展示了外源硒處理組和對照組中相對豐度排名前20的物種的相對豐度差異。結果顯示，在已被準確分類和命名的物種中，較多的細菌群落相對豐度在外源硒處理組呈顯著增加趨勢。

其中外源硒處理組中鞘氨醇桿菌屬（Sphingomonas，1. 76% ）、蓋亞菌屬（ Gaiella，1.45% ）、鏈霉菌屬（Streptomyces， 1.01% ）、芽單胞菌屬（Gemmatimonas， 0.67% ）的相對豐度分別較對照組增加了 112.05%.229.55%.26.58% 和1 16. 13%（Plt;0.05） 而德沃斯氏菌屬（Devosia）和羅河桿菌屬（Rhodanobacter）的相對豐度較對照組顯著降低 46.05% 和 67.53%（Plt;0.01） 。此外，外源硒處理組中較多未被準確分類命名的物種，包括norank_f__norank_o__Subgroup_7、norank_f__Gemmatimona-daceae、norank -^f-- norank_o__Rokubacteriales、norank -^f-- norank_o__RBG-13-54-9、norank_f__Vicinamibacteraceae、norank_f_norank_o__C0119等的相對豐度也顯著高于對照組。以上結果表明，外源硒處理同時顯著影響了珠芽魔芋根際土壤細菌群落的物種組成和相對豐度。

2.3不同處理組珠芽魔芋根際土壤細菌群落功能預測分析為了更好地研究外源硒處理組和對照組中珠芽魔芋根際土壤中細菌群落的微生態功能，采用PICRUSt軟件進行了功能預測分析（圖6）。結果顯示，KEGG途徑1級功能層水平珠芽魔芋根際土壤細菌群落相關功能主要涉及4個方面，分別是代謝、環境信息處理、遺傳信息處理和細胞過程。2級功能層水平上，珠芽魔芋根際土壤細菌群落基因功能主要涉及全局和概覽通路、膜轉運、信號轉導、翻譯、核苷酸代謝、能量代謝、碳水化合物代謝和氨基酸代謝等多個方面，其中代謝相關功能是最主要的功能。基于3級功能層水平的Heat-map熱圖展示了外源硒處理組和對照組上相對豐度排名前20的基因表達量差異，結果表明外源硒處理增加了珠芽魔芋根際土壤中細菌群落代謝和遺傳信息處理相關的功能。相對豐度排名前20的功能中與不同環境中的微生物代謝、次生代謝物的生物合成、氨基酸的生物合成、碳代謝、嘌呤代謝、氧化磷酸化、乙醛酸鹽和二羧酸鹽代謝、丙酮酸代謝、糖酵解/葡萄糖生成、原核生物的碳固定途徑、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、脂肪酸代謝以及氨基糖和核苷酸糖代謝相關的功能基因的平均相對豐度均表現為外源硒處理組高于對照組。相反，環境信息處理相關的功能ABC轉運蛋白和雙組分系統平均相對豐度則表現為外源硒處理組低于對照組。

Fig.4TheinfuenceofexogousseleutreatmentoespescompositiooftebacterialommuityinthezospresolofAmr phophallusmuelleri

3討論與結論

土壤微生物群落受多種因素的影響，如植物類型、氣候、土壤性質和農業實踐[25-26]。該研究借助 16S 擴增子測序分析了外源硒處理對珠芽魔芋根際土壤細菌群落組成和多樣性的影響。該試驗中，基于Bray-Curtis距離算法的PCoA主坐標分析顯示外源硒處理組和對照組的樣本分別分布于PC1軸的左右兩側且間隔距離較遠，表明2組間芽魔芋根際王壤中細菌群落結構明顯不同。此外，筆者發現，外源硒處理同時增加了珠芽魔芋根際土壤內細菌群落的豐度、多樣性和特有的細菌OTUs。外源硒處理組的珠芽魔芋根際土壤細菌群落Shannon指數較對照組增加了 0.74% ，而 Simpson 指數較對照組降低了 13.64% 。這些發現與先前的研究結果一致，表明珠芽魔芋根際細菌群落的變化在一定程度上受到了外源硒處理的影響。土壤微生物群落通常在宿主和環境因素的綜合作用下動態變化[27-28]，土壤微生物群落的多樣性對土壤生態系統的完整性、穩定性和可持續性至關重要[29]，較高的土壤微生物多樣性有利于抑制土壤傳播病蟲害的發生，增強植物的防御機制，同時促進植物生長[30]。該研究中外源硒處理后細菌群落的豐度和多樣性的增加暗示了珠芽魔芋根際微生態環境的有益轉變。

該試驗進一步分析了外源硒處理組和對照組中不同分類水平上細菌群落組成的差異。結果表明，外源硒處理中變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門的相對豐度均較對照組呈降低趨勢，但放線菌門、綠彎菌門和酸桿菌門的相對豐度卻較對照組呈增加趨勢。研究表明，放線菌可以分泌水解酶降解纖維素和木質纖維素等來利用頑固碳源，是土壤碳循環中重要的分解者，在土壤碳循環中發揮重要作用；同時，還有報道稱放線菌能產生多種抗生素，這些抗生素可以抑制多種土壤植物病原體的生長和發育[31-32]。綠彎菌門包括厭氧嗜熱菌和厭氧有機鹵化物呼吸菌，這類菌可以利用有機鹵化物作為電子受體進行呼吸作用，具有降解有機污染物的應用潛力[33]。酸桿菌可以降解植物殘體的木質素和纖維素等，在鐵循環以及單碳化合物代謝方面具有重要作用[34]。該研究中，外源硒處理后珠芽魔芋根際土壤中較高豐度的放線菌、綠彎菌和酸桿菌，不僅有利于增強土壤養分的循環，提高土壤肥力，增強土壤的可持續利用力，而且較多的放線菌還有利于增強植物的防御機制，抑制土傳病原體生長。

同樣地，筆者在屬水平上觀察到較多的細菌群落相對豐度在外源硒處理組呈顯著增加趨勢，其中外源硒處理組中鞘氨醇桿菌屬（Sphingomonas）、蓋亞菌屬（Gaiella）、鏈霉菌屬（Streptomyces）芽單胞菌屬（Gemmatimonas）的相對豐度分別較對照組增加了 112.05%.229.55%.26.58% 和116. 13% （ Plt; 0.05）。相關研究顯示，鞘氨醇桿菌屬的某些菌株與固氮密切相關[35]；鏈霉菌屬的較多物種是植物促生菌和生防菌，可以產生對植物病原菌有抑制作用的物質[36]。綜上，外源硒處理在一定程度上增加了珠芽魔芋根際土壤中有益細菌的相對豐度。

PICRUSt功能預測顯示，外源硒處理后珠芽魔芋根際細菌群落的較多的相關代謝功能較對照組提高，如氨基酸代謝、碳水化合物代謝和能量代謝等。先前的研究表明，氨基酸作為許多次生代謝物的前體在植物信號轉導、脅迫防御等較多生理過程中發揮重要作用[37]。此外，土壤微生物通過相關的代謝活動在參與土壤養分（C、N和P等）的循環與轉化，以及調控生物體的代謝過程方面均發揮著重要的作用[38-39]。該研究中，外源硒處理后珠芽魔芋根際土壤中氨基酸、碳水化合物等多種代謝功能的提高可能促進根際細菌群落對養分的周轉代謝過程，同時為植物和細菌生長發育提供所需的能量或代謝產物，有助于增強根際土壤微生態的穩定性[40] 。

綜上所述，外源硒處理對珠芽魔芋根際土壤細菌群落多樣性、組成以及群落代謝相關功能均有影響。外源硒處理有助于增加珠芽魔芋根際土壤內細菌群落的豐度和多樣性，同時有助于增加放線菌門、綠彎菌門和酸桿菌門以及鞘氨醇桿菌屬、鏈霉菌屬和芽單胞菌屬等有益微生物的相對豐度。通過外源添加硒肥可以提升珠芽魔芋根際微生物群落多樣性和穩定性，營造更健康的根際微生態環境。該結果為合理施用硒肥改善土壤微生態環境，提高魔芋的種植效益，保障魔芋產業可持續發展提供了科學依據。

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