水稻根系微生物组成及定殖过程的实验研究

aizixun8

为了解决上述科学问题，作者设计了以下实验。首先，为了研究水稻根部微生物的组成，作者在温室和大田种植水稻，利用高通量测序技术分析了根系不同部位，包括根际、根表面和根内。由于实验中采用的水稻品种不同、土壤和地理环境及培养条件不同，因此还对影响根系微生物组成的关键因素进行了分析。同时，在对差异微生物进行分析的过程中，考虑到稻田耕作的特殊环境，导致产甲烷菌的富集，导致产生大量的甲烷气体，即对环境有重要影响的生态因素。作者还对该实验系统中产甲烷菌的情况进行了详细的分析和描述。另一方面，为了研究根部微生物的定植过程，作者采用了时间序列实验，即在水稻不同生长时期采样，检测根系不同部位微生物组的变化，从而揭示微生物由外向内逐渐变化的过程。

另一方面，本文对高通量测序得到的数据使用了更多的分析方法，包括PCoA、CAP等，由于上次小组会议提到了PCA，所以我就从主成分分析PCA开始。我们来介绍一下这些方法的异同。 PCA和PCoA都采用了降维的思想。 PCA是基于样本的原始丰度数据，PCoA是样本之间的距离矩阵。换句话说，PCA体现了原始数据，而PCoA将原始数据转换为距离形式。反映。由于PCoA是通过距离来反映样本差异的，所以常用的距离计算方法有Bray等，我们经常使用Bray，但本文使用的是Bray。这些方法可以根据您自己的实验一起使用。要分析高通量测序产生的海量微生物群落数据，还需要使用约束排序（n）和监督学习（）等统计分析方法，通过样本之间的一些已知关系（如某种样本分布/分组））或某种样本检测指标（连续变量），尽可能根据这种关系提取原始社区数据中的相关模式特征，而不关注其他不相关的数据信息。使用CAP，我们只能反映单一因素的影响，而不考虑其他因素，分析方法与CAP相同。另一方面，虽然通过PCoA肉眼可以粗略地看出能否将各组清楚地分开，但事实上，仍需要严格的统计来检验所谓的“清晰分开”是否显着。这种情况下就必须采用方差分析，分析样本之间的差异程度，最常用的方法是计算P值来判断差异的显着性。也就是说，通过PCoA和CAP分析我们可以知道影响样本的关键因素以及影响程度，通过分析我们可以知道组间是否存在显着差异。笔者结合这三者来分析数据。

s 有 α- 和 α-。

中的 152 个 OTU 中的 119 个也位于 或 s 或两者中（图 2B）。

所有来自 和 的 OTU。

1,961 个 OTU 中的 713 个来自 .

( ) ( )

PCoA 的 .

米饭里有饭菜。

盖上土壤和水稻。

和两个O.； ，将其分开，O 为 93-11， . 为 IR50。

由此，作者对温室条件下不同土壤中不同水稻品种根部不同部位的微生物组进行了分析，比较了它们的异同，找到了影响水稻根系微生物组成的关键因素。第一个影响因素是根部分。第二个影响因素是土壤类型，水稻基因型有一定影响。由于温室条件毕竟与实际环境不同，为了验证上述结论，作者还在不同地点的水田中种植了水稻。

这8个地点有两种耕作方法。一是我们常说的有机农场。有机农场不使用化学品（如农药、化肥等）或通过基因工程获得的生物体及其产品。另一种生态农场与有机农场的区别在于，生态农场可以使用化肥、农药等，但不能种植转基因品种，收获后不需熏蒸。不同耕作方式下，水稻根部微生物也存在明显差异，说明耕作方式会影响水稻根部微生物的组成。在OTU水平上对两种耕作方式的样本进行比较后发现，有机农场种植的水稻富含多种固氮细菌，生态农场水稻中富集了一些与甲烷循环相关的微生物。

甲烷是天然气和沼气的主要成分。它是一种温室气体，对生态环境影响很大。此外，稻田对大气中的甲烷含量有很大贡献。这主要是由于稻田的厌氧环境导致甲烷大量产生。产甲烷菌的存在。水稻在这种特殊的环境下生长，导致其存在有别于其他陆生植物的产甲烷菌。因此，作者进一步分析了不同产甲烷菌在根系各部位的丰度差异。由于水稻根部具有特殊的通气组织，一般认为根部表面和根部内部的含氧量高于根际环境。因此，除少数细菌外，大多数产甲烷菌的丰度在根际最高。

同时，通过网络图寻找所有OTU之间的联系，作者只呈现了含有产甲烷菌的那些，发现这些模块中包含的大多数细菌都具有与甲烷循环相关的潜在功能。

综上所述，作者在温室和大田条件下种植水稻，分析了水稻根部微生物的组成，发现了影响根部微生物变化的关键因素，包括不同根系部位、土壤类型、地理环境、耕作、基因型等因素。特别是，分析了稻田中特有的产甲烷菌。由此，我们向我们展示了水稻根部微生物组在不同空间和角度下的样子，以及不同根部部位微生物之间的差异和联系。接下来，作者利用时间序列实验来解决第二个重要的科学问题，即根部微生物定植的过程。

作者在温室条件下种植了一个水稻品种，在第0、1、2、3、5、8、13天采集了水稻样品，分析了根系不同部位的微生物组成，并与根系微生物组进行了比较42天收集。比较已经处于稳定阶段的样品。图A显示了根部微生物的reads数。作者采用无菌苗移植，所以0点时，没有检测到微生物（图中蓝色表示），24小时后，根部检测到微生物，说明微生物在24小时内快速进入根部。随着微生物的增加，13天时根部微生物数量已达到42天时的水平。数量。通过PCoA比较不同部位的土壤和根系微生物，发现不同部位的微生物存在显着差异。根据采样时间对样品进行着色后，发现根部微生物随时间发生变化，最后一个采样点的样品与42天时的样品最为接近。样本。表明根部微生物在13天时已达到稳定。比较不同时间点门水平微生物的变化，发现无菌稻苗移入土壤后24小时内发生较大变化，这与我们的实验结果一致。为了进一步研究不同根部部位微生物随时间的动态变化，作者用折线图来表示52个核心OTU的丰度，描述了这些微生物随时间的变化过程。在土壤样品没有发生大的变化的基础上，根部土壤中这些微生物的丰度从第一天开始逐渐增加，第三天达到峰值，后期开始减少，并在无影响的情况下逐渐稳定下来。随着时间的推移，根部表面微生物的丰度也逐渐增加。高，第8天达到峰值，然后逐渐下降，而根部微生物在采样期间一直在增加。上述实验为微生物在根系中的定植过程提供了证据。土壤中的微生物首先到达植物根际，穿过根面，然后到达根部。此过程在 24 小时内发生。随着根际和根面微生物分别达到峰值然后下降，根部微生物处于增加状态，并在14 d左右达到稳定。