摘要
苍术历来是防治疫病之要药，但目前野生资源破坏严重、人工栽培质量良莠不齐。基于细菌 16S rDNA 的 V3+V4 区和真菌 ITS 区，应用 Illumina NovaSeq 高通量测序技术并结合生物信息学比较野生与人工栽培北苍术根际土壤细菌和真菌群落结构，并与北苍术根茎内挥发性物质进行关联分析，旨在揭示土壤微生态环境对北苍术挥发性物质含量的影响。结果表明，两处理土壤的优势细菌门为变形菌门、放线菌门和酸杆菌门，在野生土壤中相对丰度较大的细菌有变形菌门、酸杆菌门、α- 变形菌纲、NC10 纲、根瘤菌目、鞘氨醇单胞菌科等；两处理土壤的优势真菌门为子囊菌门、担子菌门和被孢霉门，在野生土壤中相对丰度较大的真菌有担子菌门、伞菌纲、古根菌目、柔膜菌科、Solicoccozyma aeria 等；野生土壤中参与土壤碳循环的化能异养细菌和有益于植物生长的青霉菌属真菌丰度较高，在栽培土壤中病原真菌镰孢菌属和木贼镰孢菌则丰度较高。相关性分析结果表明，在野生土壤中相对丰度较大的大多数微生物与不同类型的挥发性物质含量均有显著相关性。本研究对野生和人工栽培北苍术根际土壤微生物群落结构的明确，为实现野生北苍术根际有益微生物的功能挖掘和生物肥料研究、改善栽培北苍术土壤微环境、提高药效成分含量提供理论依据。
Abstract
Atractylodes chinensis has always been an important medicine for disease prevention and control，but the wild resources are seriously damaged and the quality of artificial cultivation is uneven. Based on the V3+V4 region of 16S rDNA of bacteria and ITS region of fungi，Illumina NovaSeq high-throughput sequencing technology combined with bioinformatics were applied to compare the community structure of bacteria and fungi in rhizosphere soil of wild and cultivated Atractylodes chinensis. The aim of correlation analysis between rhizosphere soil microorganisms and volatile substances content was to reveal the influence of soil microecological environment on volatile substances in Atractylodes chinensis. The results showed that the dominant bacterial phyla of the two treatments were Proteobacteria，Actinomycetes and Acidobacteria. The relatively abundant bacteria in wild soil were Proteobacteria，Acidobacteria，α-Proteobacteria，NC10， Rhizobiales，Sphingomonadaceae，etc. The dominant fungal phyla in the two treatments were Ascomycota，Basidiomycota and Mortierellomycota. Fungi with relatively high abundance in wild soil included Basidiomycota，Agaricomycetes， Archaeorhizomycetales，Helotiaceae，Solicoccozyma aeria，etc. Chemoheterotrophic bacteria involved in soil carbon cycle and fungi of Penicillium were abundant in wild soil，while in cultivated soil，pathogenic fungi of Fusarium and Fusarium equiseti were abundant. The results of correlation analysis showed that most of the relatively abundant microorganisms in wild soil were significantly correlated with the contents of different types of volatile substances. This study clarified the microbial community structure of rhizosphere soil of wild and artificially cultivated Atractylodes chinensis，providing theoretical basis for functional exploration of beneficial microorganisms in rhizosphere of wild Atractylodes chinensis and biofertilide research， improving the soil microenvironment and increasing the content of medicinal ingredients of cultivated Atractylodes chinensis.
苍术为菊科苍术属植物茅苍术[Atractylodes lancea（Thunb.）DC.]和北苍术[Atraetylodes chinensis（DC.）Koidz.]的干燥根状茎，为 2020 版《中华人民共和国药典》收载的药材之一[1]。从古至今苍术在瘟疫治疗中发挥着重要作用，在古代治疗瘟疫的 500 首中药处方中苍术出现多达 155 次[2]。在新型冠状病毒感染肺炎治疗的中药处方如化湿败毒方中也有苍术的使用[3]。除在疫情中有重要贡献外，在抗肿瘤、抗溃疡、抑制幻觉、抑制血管增生和胃肠道调节等方面也均有重要作用[4]。北苍术在中国的黑龙江、吉林、河北、内蒙古、山西等省 （自治区）均有分布，山西省五台山地区野生北苍术药用成分高、质量好，颇受市场欢迎。然而，多年来无节制的采挖造成野生资源逐渐枯竭[5]，目前临床使用的北苍术大多来源于人工栽培。
北苍术药效成分主要为挥发性物质，实验室前期通过顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用相结合的技术研究了山西省忻州市五台山野生北苍术和从陕西省凤县引种到忻州市的栽培北苍术根茎，发现人工栽培北苍术中次生代谢产物挥发性物质的含量只有野生的五分之二[6]。因此，促进人工栽培北苍术药材有效成分的积累，提高栽培质量是亟待解决的关键。药用植物的生长和品质形成与种质资源、环境、气候、土壤、收获时间、生物群落和现场管理措施等相关，其中影响药用植物农业生产的一个关键因素是土壤条件。微生物作为土壤微生态环境中的主要生物类群，直接或间接影响药用植物的生长发育、代谢调控和次生代谢产物的积累[7]。药用植物根系微生物的类型受药用植物品种、根系分泌物、土壤理化因素、药用植物生长年限等多种因素影响，进而对药用植物的内含成分产生影响。有研究表明，不同类型的根际微生物可使药用植物根系的次生代谢产物得到不同修饰，从而优化药用植物体内的化学组成[8]。土壤微生物能够促进苍术根的生长和挥发油成分的积累，提高苍术对高温和干旱胁迫的耐受能力[9]。
目前对苍术挥发性物质的研究主要集中在化学成分的分离鉴定和药理活性等方面[10]。在环境方面，研究多集中于环境因子如光质及内生细菌对苍术有效成分的影响[11-12]。在微生态方面，从健康的苍术根际土壤中筛选到多粘芽孢杆菌 SY42、橘绿木霉 T2204 等菌株可对苍术根腐病进行生物防治[13-14]。然而，野生与人工栽培北苍术根际微生物群落的组成、多样性和功能，以及它们对北苍术根茎内挥发油积累的影响研究尚未完善。为探究北苍术鲜根茎内挥发油含量与根际微生物群落之间的关系，本研究基于 Illumina NovaSeq 测序高通量测序技术对山西省忻州市五台山野生和人工栽培北苍术根际土壤细菌和真菌群落的丰度和组分进行鉴定，再联合北苍术鲜根茎内挥发性物质含量进行相关性分析，旨在为野生北苍术资源的保护和可持续开发利用、人工栽培北苍术微生物肥料研究及提高挥发性物质含量提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
2020 年 9 月上旬，在山西省忻州市收集五台山地区的野生北苍术（WT）和种植于忻州市定襄县的三年生栽培北苍术（AC）的根际土壤。采用五点取样法，将根系上所带出的大块土壤抖落掉，将根上 0～5 mm 的土壤用毛刷轻轻刷下，过 1 mm 土筛，5 个北苍术根际土壤混合作为 1 个土壤样本，每处理 3 次重复，置入无菌自封袋后液氮速冻-80℃低温保存。
1.2 根际土壤微生物测序
将采集好的土壤样品委托百迈克生物科技对细菌 16S rDNA 基因的 V3+V4 区域和真菌 ITS 区域进行 PCR 扩增，后续使用 Illumina NovaSeq 测序[15]。细菌使用引物为 338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和 806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT3 ′）[16]； 真菌使用引物为 ITS1F（5 ′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3 ′） 和 ITS2（5 ′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）[15]。
1.3 数据处理
测序完成后，基于百迈客提供的云平台（https: //www.biocloud.net）进行测序数据处理分析。使用USEARCH 10.0 在相似性 97% 的水平上对序列进行聚类，构建操作分类单元（OTU）[17]。通过多样性分析，计算各种物种多样性指数，衡量样本物种多样性。绘制土壤细菌和真菌多样性韦恩（Venn） 图、主坐标分析（PCoA）图、丰度热图和差异效应大小分析（LEfSe）图（LDA>4），揭示样品的物种构成和差异分析；分别使用 FAPROTAX 和 FUNGuild 对土壤细菌和真菌群落进行生态功能预测。野生和人工栽培北苍术鲜根茎内挥发油含量参照实验室前期数据[6]，其与根际细菌、真菌群落之间的相关性进行 Spearman 分析，使用 ChiPlot（https: //www. chiplot. online/）绘制相关性图[18]。利用 SPSS 20.0，用 T 检验对数据进行差异显著性分析， P<0.05 为差异显著，P<0.01 为差异极显著。
2 结果与分析
2.1 根际土壤细菌群落结构分析
2.1.1 根际土壤细菌多样性分析
土壤细菌高通量测序结果见表1，AC 和 WT 样本均获得原始序列 80000 多条，按照优化标准，获得有效序列的条数均大于 70000，平均序列长度为 420 bp，比藜麦根际土壤细菌多样性研究中的有效序列数量多 56.46%[19]。AC 土壤细菌平均 OTU 为 1184.33，丰富度较高，高出 WT13.96%。AC 的 OTU 隶属于 20 门、59 纲、127 目、196 科、310 属、 322 种，WT 检测出 19 门、55 纲、120 目、183 科、 293 属、303 种的细菌。经 T 检验分析，AC 样本的 Ace、Chaol 和 Shannon 指数均高于 WT，表明 AC 植株根际土壤细菌丰度大、多样性较高。
2.1.2 根际土壤细菌群落组成
AC 和 WT 土壤在门水平上相对丰度前 10 的细菌见图1A，丰度最高的为变形菌门（Proteobacteria），在 AC 和 WT 中的相对丰度分别为 30.94% 和 36.97%； 其次为放线菌门（Actinobacteria），在 AC 和 WT 中的相对丰度分别占 25.22% 和 16.20%；再次为酸杆菌门（Acidobacteria），在 AC 和 WT 中的相对丰度分别是 19.12% 和 24.13%。AC 和 WT 的 3 个重复土壤样品在目水平的横向聚类上分别聚类为 2 个类别，说明组内样品一致性较好，两处理间代表菌丰度的颜色差异明显，表明两处理有一定的代表性（图1B）。WT 土壤中假诺卡氏菌目 （Pseudonocardiales）、Tistrellales 丰度极高；假单胞菌目（Pseudomonadales）、红杆菌目（Solirubrobacterales）丰度低。在属水平（图1C）上，优势菌属均为未培养的 Subgroup 6，相对丰度分别占比 13.23% 和 15.46%，丰度前 10 的大多菌属为未培养的细菌。
表1野生与栽培北苍术根际土壤细菌测序结果及多样性指数
注：表中数据为均值 ± 标准误差（n=3）；在同一指标下的不同小写字母表示不同根际土差异显著（P<0.05）。Ace、Chaol 指数反映微生物物种丰富度，数值越大，丰富度越高；Shannon、Simpson 指数反映物种多样性，数值越大，物种多样性越高。下同。
图1根际土壤细菌群落在门（A）、目（B）、属（C）水平上的相对丰度
2.1.3 根际土壤细菌差异分析
通过 Venn 图分析（ 图2A），AC 与 WT 共有 1131 个 OTU，占总数（1232 个）的 91.80%。PCoA 分析结果表明（图2B），PC1 能贡献 73.26% 的变化，PC2 能贡献 14.94% 的变化。在 PC1 方向上， AC 组内3个重复样本之间的平均距离为 0.0017， WT 组内样本平均距离为 0.0171，表明同一处理组内群落结构稳定。AC 与 WT 组间样本的平均距离为 0.1769，表明两处理组间细菌群落结构有差异。本研究从门到属水平对 AC 与 WT 土壤细菌进行 LEfSe 分析，具有显著丰度差异（LDA>4）的如图2C，AC 中丰度较大且差异显著的菌为放线菌门 （Actinobacteria）、放线菌纲（Actinobacteria）、微球菌目（Micrococcales）、微球菌科（Micrococcaceae）、亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）等；WT 中丰度较大且差异显著的菌为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、己科河菌门 （Rokubacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、Subgroup 6、NC10、根瘤菌目（Rhizobiales）、鞘氨醇单胞菌目（Sphingomonadales）、鞘氨醇单胞菌科（Sphingomonadaceae）等。
2.1.4 根际土壤细菌生态功能预测分析
经 FAPROTAX 细菌群落功能预测，共获得 31 项功能分组（ 图3），占优势的为化能异养（Chemoheterotrophy）和好氧化能异养（Aerobic chemoheterotrophy）细菌，在两处理中丰度均超过了 20%。这两类细菌主要参与土壤碳循环，在生态系统的有机物循环中发挥重要作用[20]。它们在 WT 中丰度较高表明 WT 样品中土壤的养分转化和物质循环能力较高，在人工栽培北苍术中可通过栽培措施的优化提高其在 AC 土壤中的丰度。
2.1.5 鲜根茎内挥发性物质含量与根际细菌群落的关联性
为评估野生和人工栽培北苍术鲜根茎内挥发性物质含量与其根际细菌群落之间的关系，将实验室前期挥发性代谢组得到的挥发性物质、LEfSe 分析中差异性显著且在 WT 中丰度高的细菌群落进行 Spearman 相关系数分析。如图4所示，北苍术鲜根茎内，醛类与酚类化合物的含量呈显著正相关，但醛类与其他化合物、酚类与其他化合物的含量大多呈显著负相关，显示为蓝色方块。而杂环化合物及烯烃类化合物的含量与其他化合物大多不相关，颜色显示较浅。大部分的物质之间均呈显著正相关，显示为红色方块。更进一步分析鲜根茎内挥发性各类物质与其根际细菌之间的关系发现，红线显示的挥发性物质含量与细菌丰度呈极显著相关（P<0.01），酮类、酯类和芳烃类的含量与 NC10，醛类和含氮有机物含量与鞘氨醇单胞菌科（Sphingomonadaceae） 呈极显著相关； 蓝线显示的挥发性物质含量与细菌丰度显著相关 （P<0.05），酮类、酯类、醛类、芳烃类和烷烃类与 α-变形菌纲（Alphaproteobacteria），萜类、酮类、酯类、醇类、芳烃类和烷烃类与根瘤菌目 （Rhizobiales）显著相关。虽然图中挥发性物质的含量没有与变形菌门（Proteobacteria）有直接的显著相关性，但 α-变形菌纲、根瘤菌目和鞘氨醇单胞菌科都属于变形菌门。
图2根际土壤细菌差异分析
注：A 为土壤细菌 OTU 水平韦恩图；B 为土壤细菌群落主坐标分析图；C 为土壤细菌群落差异效应大小分析图，圆圈由里到外依次是门、纲、目、科、属和种水平，不同颜色节点表示在对应处理中显著富集，且对处理间差异存在显著影响的微生物类群；黄色节点表示在不同处理中均无显著差异，或对处理间差异无显著影响的微生物类群；丰度大小与圆圈的弧度相称；小写字母代表差异物种，其中 p 代表门，c 代表纲，o 代表目，f 代表科，g 代表属，s 代表种。
图3根际土壤细菌功能团相对丰度分析
注：chemoheterotrophy-化能异养；ureolysis-尿素分解；phototrophy-光养；photoheterotrophy-光异养；photoautotrophy-光自养；oxygenic photoautotrophy-产氧光自养；anoxygenic_photoautotrophy-不产氧光自养；cyanobacteria-蓝细菌；chloroplasts-叶绿体；predatory_or_exoparasitic-捕食性或外寄生；intracellular_parasites-细胞内寄生；nitrogen_respiration-氮呼吸；nitrate_reduction-硝酸盐还原；nitrate_respiration-硝酸盐呼吸；aromatic_compound_degradation-芳香族化合物降解；animal_parasites_or_symbionts-动物寄生或共生；mammal_gut-哺乳动物肠道；human_gut-人类肠道；human_pathogens_all-人类病原体；aerobic_chemoheterotrophy-好氧化能异养；fermentation-发酵；manganese_oxidation-锰氧化；dark_oxidation_of_sulfur_compounds-硫化合物的暗氧化；cellulolysis-纤维素分解；nitrogen_fixation-固氮；chitinolysis-几丁质分解；respiration_of_sulfur_compounds-硫化合物呼吸；sulfate_respiration-硫酸盐呼吸；nitrification-硝化作用；aerobic_nitrite_oxidation-好氧亚硝酸盐氧化；aerobic_ammonia_oxidation-好氧氨氧化。
图4野生和人工栽培北苍术鲜根茎内挥发性物质成分与根际细菌群落相关性分析
2.2 根际土壤真菌群落结构分析
2.2.1 根际土壤真菌多样性分析
土壤真菌高通量测序结果见表2，AC 和 WT 样品均获得原始序列 80000 多条，按照优化标准，每个样品获得有效序列的条数均大于 79000，平均序列长度为 246 bp。AC 土壤真菌总 OTU 为 848，WT 植株根际土壤真菌 OTU 为 962，丰富度较高。WT 样本的 Ace、Chaol、Shannon 及 Simpson 指数均高于 AC，表明 WT 的真菌丰度大且多样性高。
表2野生与栽培北苍术根际土壤真菌测序结果及多样性指数
2.2.2 根际土壤真菌群落组成
对真菌的物种丰度在门、目、属水平的分析如图5所示。图5A 显示土壤真菌在门水平上相对丰度前 10 的物种，丰度最多的菌门为子囊菌门（Ascomycota），在 AC 和 WT 中的相对丰度分别为 72.81% 和 55.77%；其次为担子菌门（Basidiomycota），在 AC 和 WT 中的相对丰度分别为 8.85% 和 19.77%；第三为被孢霉门（Mortierellomycota），在 AC 和 WT中的相对丰度分别为 5.35% 和 5.27%。
对两处理在目水平上的真菌群落相对丰度热图分析如图5B 所示，WT 处理中牛肝菌目（Boletales），古根菌目（Archaeorhizomycetales），刺盾炱目（Chaetothyriales）丰度极高；肉座菌目（Hypocreales）丰度极低。从属水平上分析（图5C），AC 和 WT 共有的优势菌属为被孢霉属（Mortierella），相对丰度分别为 9.43% 和 9.23%。
图5野生与栽培北苍术根际土壤真菌群落在门（A）、目（B）、属（C）水平上的相对丰度
2.2.3 根际土壤真菌差异分析
通过对 AC 和 WT 根际土壤真菌群落 OTU 水平组成情况的 Venn 图分析（图6A），共注释到 1142 个 OTU，其中 AC 特有 180 个，WT 特有 294 个， WT 和 AC 共有 668 个，占 OTU 总数的 58.49%，说明两组样本之间土壤真菌群落 OTU 的组成存在较大差异。AC 的 848 个 OTU 隶属于 11 门、32 纲、76 目、177 科、319 属、449 种真菌，WT 包含 11 门、 36 纲、85 目、191 科、349 属、483 种的真菌。对土壤真菌群落 OTU 水平的 PCoA 分析表明（图6B）， PC1 贡献 77.74% 的变化，PC2 贡献 6.00% 的变化。在 PC1 方向上，AC 组内 3 个重复样品之间的平均距离为 0.0069，WT 组内样本平均距离为 0.1156，表明同一处理组内群落结构稳定。AC 与 WT 组间样品的平均距离为 0.5785，表明两组处理间真菌群落结构差异大。
图6野生与栽培北苍术根际土壤真菌差异分析
注：A 为土壤真菌 OTU 水平韦恩图；B 为土壤真菌群落主坐标分析图；C 为土壤真菌群落差异效应大小分析图，圆圈由里到外依次是门、纲、目、科、属和种水平，不同颜色节点表示在对应处理中显著富集，且对处理间差异存在显著影响的微生物类群；黄色节点表示在不同处理中均无显著差异，或对处理间差异无显著影响的微生物类群；丰度大小与圆圈的弧度相称；小写字母代表差异物种，其中 p 代表门，c 代表纲，o 代表目，f 代表科，g 代表属，s 代表种。
利用 LEfSe 分析进一步确定两处理间差异显著（LDA>4） 的关键物种（ 图6C）。在 AC 土壤样品丰度较大且差异显著的真菌物种是子囊菌门 （Ascomycota）、粪壳菌纲（Sordariomycetes）、粪壳菌目（Sordariales）、肉座菌目（Hypocreales）、毛壳科（Chaetomiaceae）、镰孢菌属（Fusarium）、曲霉菌属（Aspergillus）、木贼镰孢菌（Fusarium equiseti）等；在 WT 土壤样本丰度较大且差异显著的真菌物种为担子菌门（Basidiomycota）、壶菌门（Chytridiomycota）、伞菌纲（Agaricomycetes）、锤舌菌纲 （Leotiomycetes）、牛肝菌目（Boletales）、古根菌目（Archaeorhizomycetales）、伞菌目（Agaricales）、柔膜菌科（Helotiaceae）、青霉菌属（Penicillium）、 Tetracladium marchalianum 和 Solicoccozyma aeria 等。
2.2.4 根际土壤真菌功能预测分析
使用 FUNGuild 对真菌群落进行生态功能预测，如图7A 所示，腐生营养型（Saprotroph）真菌在土壤中占主要地位。在功能分组水平上进一步分析 （图7B），共获得 24 项功能分组，其中土壤腐生菌（Soil Saprotroph）是土壤中重要的分解者，在 WT处理中丰度较高，可以分解难降解的有机质，在养分循环方面起着重要作用[21]。植物腐生菌（Plant Saprotroph）和腐生真菌（Dung Saprotroph）在 AC 处理中丰度较高，可分解农田中纤维素、半纤维素、木质素等，参与物质循环[22]。
2.2.5 鲜根茎内挥发性物质含量与根际真菌群落的关联性
为评估野生和人工栽培北苍术鲜根茎内挥发性物质含量与其根际真菌群落之间的关系，将实验室前期挥发性代谢组得到的挥发性物质、LEfSe 分析中差异性显著且在 WT 中丰度较高的真菌群落进行 Spearman 相关系数分析。如图8所示，红线显示的挥发性物质含量与真菌丰度呈极显著相关（P<0.01），如萜类的含量与古根菌目（Archaeorhizomycetales），醛类的含量与伞菌目（Agaricales） 和柔膜菌科，醚类和含氮有机物与伞菌目（Agaricales），酚类与锤舌菌纲（Leotiomycetes）、古根菌目（Archaeorhizomycetales）、柔膜菌科（Helotiaceae）和 Tetracladium marchalianum 均为极显著相关。蓝线显示的挥发性物质含量与真菌丰度呈显著相关 （P<0.05），从图8可看出蓝线较多，说明在 WT 中丰度较高的真菌与北苍术根茎中挥发性物质含量大多有显著相关性。
图7野生与栽培北苍术根际土壤真菌生态功能预测分析
注：A 为真菌群落生态功能预测；B 为在功能分组水平上进一步对真菌功能进行的预测分析。Wood Saprotroph-木材腐生菌；Wood Saprotrop-木材腐生菌；Undefined Saprotroph-未定义腐生菌；Undefined Parasite-未定义寄生菌；Undefined Biotroph-未定义活体营养菌；Soil Saprotroph-土壤腐生菌； Plant Saprotroph-植物腐生菌；Plant Pathogen-植物病原菌；Orchid Mycorrhizal-兰花菌根菌；Litter Saprotroph-凋落物腐生菌；Lichenized-地衣共生菌；Lichen Parasite-地衣寄生菌；Leaf Saprotroph-叶片腐生菌；Fungal Parasite-真菌寄生菌；Ericoid Mycorrhizal-杜鹃花类菌根菌；Epiphyte-附生菌； Endophyte-内生菌；Ectomycorrhizal-外生菌根菌；Dung Saprotroph-粪便腐生菌；Bryophyte Parasite-苔藓寄生菌；Arbuscular Mycorrhizal-丛枝菌根菌； Animal Pathogen-动物病原菌；Animal Parasite-动物寄生菌；Animal Endosymbiont-动物内共生菌。
图8野生和人工栽培北苍术鲜根茎内挥发性物质成分与根际真菌群落相关性分析
3 讨论
药用植物药效成分受多因素的影响，如逆境胁迫、根际土壤性质、气候环境等[23]。本研究从土壤微生态环境角度出发，明确野生和栽培北苍术根际土壤中微生物结构的异同，并对 WT 中丰度较高的差异菌和根茎中挥发性物质含量进行了关联分析，为实现北苍术根际有益微生物的功能挖掘和生物肥料研究、改善栽培北苍术土壤微生态环境、提高药效成分含量提供理论基础。
3.1 根际土壤细菌群落对北苍术的影响
人工栽培土壤中共获得 1223 个细菌 OTU，对比徐燕等[24]对种植 3 年的北苍术土壤研究中获得的 3293 个 OTU，数量少了 62.86%，但作者并未对这些 OTU 进行界、门、纲、目、科、属、种的阶元系统分类。本研究中变形菌门在 WT 中丰度较高，变形菌主要分布在植物凋落物和根系分泌物中，可以利用有机物在分解后产生的甲烷、氨气等营养物质促进生长代谢，说明在野生环境中自然凋落物和根系分泌物等为变形菌生长提供了合适的条件，加速有机物的分解，有利于苍术次生代谢产物的积累[25]。姚阳阳[26]发现当归根际分离、筛选的变形菌门复合菌剂对当归生长、光合作用和抗胁迫能力均有促进作用，对当归药材品质形成有不同程度的提升。放线菌属于氮限制的细菌，在本研究中的丰度与 Zak 等[27]的结果一致，由于 WT 土壤总氮量高，限制了放线菌的生长，会导致其在 AC 中的丰度高于 WT。酸杆菌在土壤中广泛存在，虽然难培养，但通过基因组特征分析有多种生态作用，如参与碳循环、氮循环、促进植物生长、抗逆性强、耐贫瘠、耐酸，还能在寒冷的北方湿地中对植物残体中的纤维素进行降解[28-29]。酸杆菌在贫瘠的土壤中和未被管理的原始土壤中丰度较大，和本研究结果一致[30-31]。鞘氨醇单胞菌科细菌在 WT 中丰度较高，对多种重金属污染物具有修复能力，在改善土壤肥力和促进药用植物人参、东南景天生长上也有明显作用[32]。根瘤菌目细菌在 WT 中丰度较高，研究表明豌豆根瘤菌、放射根瘤菌等对贝母、雪莲、红豆杉、铁皮石斛、黄芪均可提质增产[26]。关联性分析也表明，NC10 和鞘氨醇单胞菌科的细菌和北苍术根茎内挥发性物质含量呈极显著相关。有研究证明，通过“有机肥改良结构 + 微生物菌剂孕育活性 + 种植水稻排盐”改良措施可提高化能异养和需氧化能异养两种功能团细菌的相对丰度，从而促进水稻的生长和养分积累，使改良田大米蒸煮后外观结构、适口性、滋味等指标均优于对照田[33]。后续可对 WT 的土壤进行 α-变形菌纲、鞘氨醇单胞菌科和根瘤菌目细菌的分离筛选，以期获得可增加北苍术挥发性物质含量的菌株。
3.2 根际土壤真菌群落对北苍术的影响
本研究中 WT 的根际土壤真菌多样性指数较 AC 高的研究结果，与保丽美等[34]评估休闲土壤真菌多样性指数高于连作三七根际土壤一致。被孢霉属在 AC 和 WT 中均为优势菌属，相对丰度相差不大，此属真菌在土壤中很常见，具有较强的分解纤维素能力和特殊的生态功能，如促进植物根系对矿物质的吸收，抑制病原微生物[35]。在 AC 样品中相对丰度高且与 WT 有极显著差异的镰孢菌属，经研究表明，此属中的尖孢镰孢菌是一种世界性分布的土传病原真菌，寄主范围广泛，不仅可引起瓜果花卉等植物的枯萎病，也可引起苍术、人参、三七等药用植物的根腐病，造成植株根部吸收养分和水分的能力下降，最后造成全株死亡，且部分药用植物根系分泌物中的酚酸类物质可增强根际尖孢镰孢菌菌丝的生长以及孢子的产生和发芽，导致根际有益微生物更少，也是多数药用植物连作障碍的原因之一[36-39]。在本研究发现的差异菌种木贼镰孢菌经证实可引起北苍术的枝枯现象，严重时可致苍术茎枯死、整株死亡，并有逐渐蔓延和相互传染趋势[40]。王莉等[41]研究分离获得的链霉菌 HQ-53 和 HQ-75 对引起黄芩根腐病的茄病镰孢菌有优良拮抗活性，具有开发成生防菌剂的应用潜力。冯海萍等[42]用含枯草芽孢杆菌与哈茨木霉菌的复合菌剂不仅降低了连作芹菜根际土壤镰孢菌属、链格孢属、赤霉菌属等病原菌的富集，还通过改变有效磷、速效钾等土壤理化性质，进一步重塑土壤真菌群落结构。同样在 AC 样品中相对丰度偏高的曲霉菌属真菌功能较复杂，有的菌株可产生侧根生长抑制剂，有的与菘蓝的毛状根共培养可显著增加菘蓝的黄酮类化合物含量，有的可产生草酸用于防治根结线虫[43-45]。在 WT 处理中相对丰度偏高、有显著差异的青霉菌属，其部分菌株可促进芝麻的生长，提高植物的抗盐胁迫，且对镰孢菌属病原菌有拮抗活性，可以作为微生物肥料和生物防治剂[46]。江红梅等[47]从内蒙古种植向日葵的盐碱地中获得了一株耐盐、高效溶解多种难溶磷的草酸青霉菌 M2，显著增加土壤有效磷，促进玉米生长和花生增产，也与 AC 处理土壤 pH 8.13 适配性好，具有良好的应用前景。同样在 WT 处理中丰度高、有差异的菌种 Solicoccozyma aeria，其 YCPUC79 株系可通过释放挥发性有机化合物促进番茄的根系生长[48]。后续可对 WT 的土壤进行青霉菌属、Solicoccozyma aeria 真菌的应用潜力研究，对 AC 进行链霉菌、枯草芽孢杆菌与哈茨木霉菌等菌剂的施用，改变和提高栽培北苍术根际土壤真菌群落结构和多样性，改善土壤微环境，提高栽培北苍术挥发性物质含量。
4 结论
野生北苍术根际土壤中真菌丰度大且多样性较高，人工栽培根际土壤中细菌丰度大且多样性较高。两种土壤细菌群落优势菌门均为变形菌门、放线菌门和酸杆菌门，但相对丰度有显著差异，在野生土壤中相对丰度较大的细菌有变形菌门、酸杆菌门、己科河菌门、α-变形菌纲、NC10 纲、根瘤菌目、鞘氨醇单胞菌科等，在栽培土壤中相对丰度较大的细菌则是放线菌门、放线菌纲、微球菌科、亚硝化单胞菌科等。两处理土壤的优势真菌门为子囊菌门、担子菌门和被孢霉门，在野生土壤中相对丰度较大的真菌有担子菌门、壶菌门、伞菌纲、古根菌目、柔膜菌科、Solicoccozyma aeria 等，在栽培土壤中相对丰度较大的真菌则是子囊菌门、微囊菌目、赤壳科、镰孢菌属、曲霉菌属、木贼镰孢菌等。相关性分析结果表明，在野生土壤中相对丰度较大的大多数微生物与不同类型的挥发性物质含量均有显著相关性。后续可对 WT 的土壤进行青霉菌属、Solicoccozyma aeria 真菌的应用潜力研究，生产中对 AC 进行链霉菌、枯草芽孢杆菌与哈茨木霉菌等菌剂的施用，可改善土壤微环境，提高栽培北苍术挥发性物质含量。