棉花不同發育時期根際微生物的動態變化

劉珊珊，韋 鑫，盛福瑞，喬清華，2,*

(1.玉林師范學院 生物與制藥學院，廣西 玉林 537000； 2.山東棉花研究中心，農業農村部黃淮海棉花遺傳改良與栽培生理重點實驗室，山東 濟南 250100)

植物根際是植物根系-土壤-微生物相互作用形成的特殊土壤微區域，是土壤微生物與植物根系作用最激烈的區域，也是植物-土壤-微生物進行物質交換和能量、信號傳遞最重要的界面。一方面，作為植物的“第二基因組庫”，根際微生物的活動和代謝對植物的生長發育、生物和非生物脅迫抗性具有一定的調節作用。研究表明，植物根際微生物可以通過調節植物的根型[1]、改變土壤特性[2-3]、降解有機物質[3]、降解或者消除有毒物質[4-5]、參與碳氮磷等營養元素的循環[6-10]、抑制有害微生物[11]等影響植物的生長。另一方面，植物通過根系分泌物的輸出直接或者間接影響根際微生物的群落結構，大量土壤微生物在植物根際富集，并受到根系分泌物的選擇性促進或者抑制[12-16]。根際微生物群落的物種和功能多樣性受到多種因素的影響，如植物品種、發育時期、生長環境等。根際微生物結構和功能的多樣性是衡量植物健康狀況的重要指標。

棉花是一種重要的經濟作物，棉籽、莖稈，特別是棉纖維是多種生產加工行業的重要原料。棉花種植過程中因連作或氣候異常導致的土傳病高發是導致棉花減產的重要原因。了解連作土壤中棉花根際微生物群落結構的動態變化，可為人工干預調整棉花根際土壤微生物群落結構，從而調整棉花的生理周期，降低棉花土傳病發病率，避免不利氣候因素導致的減產提供理論基礎。本文基于二代測序技術和生物信息學分析對棉花不同發育時期的根際細菌和真菌群落結構進行研究，以期找出棉花根際微生物群落結構和功能在不同發育時期的變化規律，揭示棉花各發育時期的根際微生物群落結構特點。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用陸地棉遺傳標準系TM-1和海島棉Hai7124，由南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室張天真教授提供。營養土購自濟南峰園科技有限公司，理化性質如下：pH值4.87±0.09，有機質(44.62±3.57)g·kg-1，水解性氮(1.39±0.17)g·kg-1，有效磷(188.37±15.68)mg·kg-1，速效鉀(1.67±0.02)g·kg-1，交換性鈣(2.58±0.15)g·kg-1，交換性鎂(0.69±0.01)g·kg-1，交換性鈉(185.33±3.51)mg·kg-1，有效銅(2.87±0.40)mg·kg-1，有效鋅(5.01±0.98)mg·kg-1，有效鐵(1.20±0.05)g·kg-1，有效錳(222.64±35.34)mg·kg-1。

1.2 棉花種植與取樣

棉花種子經濃硫酸脫絨后用活水沖洗5 min，用10%過氧化氫浸泡1 h，然后用滅菌水反復沖洗3～5次。將種子移至鋪有滅菌濕潤濾紙的培養皿中，28 ℃避光培養12～24 h。種子萌發后，播種到裝有營養土的花盆中，于組培室28 ℃條件下育苗。待幼苗長至15 cm左右，轉移到預先消毒過的溫室中培養。溫室為普通塑料大棚日光溫室，培養時間為5月中旬—7月上旬，利用空調將最高溫度控制在35 ℃以內。每3 d澆一次滅菌水，幼苗期每次每盆澆500 mL，蕾期和花期每次每盆澆1 000 mL。

分別在幼苗期、蕾期、花期取棉花根際土。取樣方法為：將花盆倒扣，倒出土后輕輕抖動，抖落多余的土壤，留下附著在根表面1 mm左右的根際土。將根放于裝有滅菌水的50 mL離心管中，用滅菌水反復沖洗得到根際土懸液。將根際土懸液以10 000 r·min-1的速度離心15 min，倒掉上清液，取沉淀用液氮速凍，-80 ℃冷凍備用。在根際土取樣的同時，分別取各時期不種植棉花花盆中的土壤作為相應時期的對照土，距土表6～15 cm位置取樣。每個處理3個重復。

1.3 DNA提取與測序分析

1.3.1 DNA提取

采用Omega D5625-02土壤DNA提取試劑盒提取各土壤樣品DNA。用熒光定量儀(美國Life Qubit 3.0)和瓊脂糖凝膠電泳對DNA濃度和完整性進行檢測，檢測合格后用于后續建庫測序。

1.3.2 測序分析

土壤DNA樣品檢測合格后，由深圳華大基因科技服務有限公司分別對細菌16S rDNA V4區和真菌ITS1區進行擴增子建庫并測序，測序平臺為Illumina MiSeq platform (Illumina， San Diego， CA， USA)。

下機數據通過QIIME軟件進行過濾，去除低質量的測序片斷(reads)，得到有效測序片斷(clean reads)，使用FLASH(Fast Length Adjustment of Short Reads)v1.2.11軟件對過濾得到的clean reads進行拼接，將有重疊區域的reads組裝成一條序列(最小匹配長度15 bp，且重疊區域允許錯配率為0.1)。利用UPARSE軟件在97%相似度下對所得到的標簽(tags)進行聚類，得到運算分類單元(operational taxonomic units， OUT)代表序列，并利用UCHIME v4.2.40軟件將PCR擴增產生的嵌合體從OTU代表序列(16S嵌合體數據庫，gold database v20110519；ITS嵌合體數據庫，UNITE v20140703)中去除。通過RDP classifer v2.2軟件將OTU代表序列與Greengene(16S)和UNITE(ITS)數據庫進行比對，做物種注釋，置信度閾值為0.5。

根據OTU在每個樣品的豐度文件，計算每個樣品或組別具有的OTU(不考慮OTU豐度，只考慮OTU有無)，通過Venny2.1平臺(http://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html)做出Venn圖，并找出樣品間或組間共有與特有的OTU。

α多樣性用ACE指數和Simpson指數表示，通過Mothur v1.31.2軟件計算樣品的α多樣性值，計算公式參見http://www.mothur.orgwikiCalculators，并基于所得數據做出相應的稀釋曲線圖。其中，ACE指數反映樣品中群落的物種豐富度；Simpson指數反映群落的多樣性，受樣品群落中物種豐富度和物種均勻度的影響。

β多樣性通過QIIME v1.80軟件計算。首先，對每個樣品的序列數進行統一：每個樣品按所有樣品中序列數最少的樣品的序列數隨機抽取序列，生成新的OTU table biom文件。使用統一處理后的文件，用Bray-Curtis指數、UniFrac指數來衡量樣品的β多樣性。Bray-Curtis指數在計算時不考慮序列間的進化距離，只考慮樣品中的物種存在情況，值越大表示樣品間的差異越大。UniFrac指數利用系統進化的信息來比較樣品間的物種群落差異，考慮序列間的進化距離，與樣品間的差異呈正相關。

2 結果與分析

2.1 測序結果

分別對陸地棉TM-1和海島棉Hai7124的3個發育時期的根際和對照土細菌16S rDNA V4區和真菌ITS1區進行擴增子測序。16S rDNA V4區擴增子測序共得到2 985 104對reads，過濾后的clean reads數為2 776 140對，拼接后共得到2 759 736個tags，拼接后的tags經過優化后在97%的相似度下聚類為12 384個用于物種分類的OTUs，平均每個樣品(2 880±1 708)個。真菌ITS1區擴增子測序共得到1 312 315對reads，過濾后的clean reads數為1 061 184對，拼接后共得到894 048個tags，拼接后的tags經過優化后在97%的相似度下聚類為991個用于物種分類的OTUs，平均每個樣品(158±38)個。由圖1可以看出，各樣品的稀釋曲線已趨于平緩，說明測序深度已足夠，基本覆蓋樣品中的所有物種。

2.2 棉花根際細菌群落結構在不同發育時期的動態變化

對不同發育時期根際和對照土的細菌OTU數量進行分析發現，棉花根際細菌OTU數量(1 700±656)極顯著(P<0.01)低于對照土(5 127±156)。不同發育時期對照土壤中細菌OTU數量沒有顯著差異，而根際土壤中細菌OTU數量在不同發育時期存在顯著變化，蕾期的OTU總數(2 528±327)顯著(P<0.05)高于苗期(1 251±527)和花期(1 488±75)。

定義2 一個離散時間馬爾科夫鏈(Discrete-Time Markov Chain,DTMC)是一個四元組C=(S,P,ιinit,L).其中:

使用ACE指數和Simpson指數對棉花不同發育時期的根際細菌α多樣性進行分析。如圖2所示，不同發育時期對照土細菌群落ACE指數沒有顯著差異，且對照土細菌群落ACE指數極顯著(P<0.01)大于根際。不同發育時期的根際細菌群落ACE指數存在顯著差異：蕾期(3 083±278)極顯著(P<0.01)高于苗期(1 423±299)和花期(1 877±110)。不同棉花品種的根際細菌ACE指數沒有顯著差異。

A，細菌ACE指數；B，細菌Simpson指數；C，真菌ACE指數；D，真菌Simpson指數。圖例中：S，苗期；B，蕾期；F，花期；T，陸地棉TM-1；H，海島棉Hai7124；C，對照土。圖例中字母后方的數字表示重復。下同。A， ACE index of bacteria; B: Simpson index of bacterial; C， ACE index of fungal; D， Simpson index of fungal. In legends: S， Seedling sage; B， Budding stage; F， Flowering stage; T， TM-1; H， Hai7124; C， Control. The numbers in legends represented replicates. The same as below.圖1 棉花根際和對照土測序結果Fig.1 Sequencing result of rhizosphere and control soil samples

圖2 兩個棉花品種不同發育時期根際和對照土細菌群落ACE指數和Simpson指數Fig.2 ACE and Simpson index of rhizosphere and control soil bacterial community in different growth stages of two cotton cultivars

各時期根際細菌Simpson指數均顯著(P<0.05)大于相應對照土。不同發育時期對照土細菌群落間的Simpson指數無顯著差異，但根際細菌群落Simpson指數間存在顯著差異：蕾期(0.002 5±0.000 1)顯著(P<0.05)小于花期(0.002 8±0.000 4)和苗期(0.003 7±0.002 0)。兩種棉花品種的根際細菌Simpson指數在苗期和花期存在顯著差異(P<0.05)，均表現為海島棉大于陸地棉。

使用Bray-Curtis、UniFrac指數對棉花不同發育時期根際與對照土的細菌群落β多樣性進行統計分析。Bray-Curtis指數分析表明，根際與對照土的細菌群落Bray-Curtis指數在蕾期(TM-1，0.95±0.01；Hai7124，0.95±0.01)極顯著(P<0.01)小于苗期(TM-1，0.97±0.02；Hai7124，0.99±0.01)和花期(TM-1，0.98±0.01；Hai7124，0.97±0.01)。陸地棉苗期與蕾期的Bray-Curtis指數(0.47±0.11)顯著(P<0.05)低于蕾期與花期的Bray-Curtis指數(0.55±0.08)，而海島棉苗期與蕾期的Bray-Curtis指數(0.57±0.10)和蕾期與花期的Bray-Curtis指數(0.52±0.09)之間無顯著差異。UniFrac指數分析表明，根際與對照土細菌群落之間的UniFrac指數在蕾期(TM-1，0.80±0.01；Hai7124，0.81±0.01)極顯著(P<0.01)小于苗期(TM-1，0.86±0.05；Hai7124，0.87±0.03)和花期(TM-1，0.86±0.01；Hai7124，0.84±0.02)。陸地棉苗期與蕾期的UniFrac指數和蕾期與花期的UniFrac指數無顯著差異，但海島棉苗期與蕾期的UniFrac指數(0.64±0.05)極顯著(P<0.01)高于蕾期與花期的UniFrac指數(0.58±0.03)。

對OTU進行聚類分析，得到不同發育時期棉花根際和對照土的細菌群落結構組成(圖3)。變形菌門(Proteobacteria)在根際土壤細菌群落中的相對豐富最高，為47.37%～63.00%，其次為酸桿菌門(Acidobacteria)(5.74%～12.38%)、厚壁菌門(Firmicutes)(1.82%～11.03%)、藍細菌門(Cyanobacteria)(2.60%～6.14%)、放線菌門(Actinobacteria)(2.47%～6.35%)、浮霉菌門(Planctomycetes)(4.11%～6.59%)、擬桿菌門(Bacteroidetes)(4.04%～6.97%)、疣微菌門(Verrucomicrobia)(1.72%～6.36%)等。與對照土相比，根際土中各菌門的相對豐度受到不同的影響，且不同發育時期相對豐度顯著變化的菌門存在差異(表1)。

圖3 棉花根際和對照土壤中細菌群落結構組成(門水平)Fig.3 Bacterial community structure of cotton rhizosphere and control soil in phylum level

表1 不同時期在陸地棉和海島棉根際土中相對豐度與對照土有顯著(P著(P < 0. 05) 差異的細菌群落( 門水平)

Table 1 Bacterial communities with significantly (P< 0. 05) different relative abundance in upland cotton and island cotton rhizosphere and control soil in different growth stages in phylum level

差異方向Variation direction苗期Seedling stage蕾期Budding stage花期Flowering stage較對照土相對豐度升高Higher than incontrol soil Proteobacteria; ActinobacteriaProteobacteria; Firmicutes;Cyanobacteria; Bacteroidetes;ChlorobiProteobacteria; Cyanobacteria; Chlorobi較對照土相對豐度降低Lower than incontrol soilAcidobacteria; Armatimonadetes; BHI80-139; BRC1; Chloroflexi; Cre-narchaeota; Elusimicrobia; Euryarcha-eota; Fibrobacteres; Gemmatimonade-tes; GN02; Nitrospirae; NKB19; OP3; Parvarchaeota; Planctomycetes; SBR1093; Thermi; WS2; WS3AC1; Acidobacteria; Armatimonade-tes; BHI80-139; BRC1; Chloroflexi; Crenarchaeota; Elusimicrobia; Eur-yarchaeota; Fibrobacteres; GAL15; Gemmatimonadetes; GN02; Nitrospi-rae; NKB19; Parvarchaeota; Planc-tomycetes; SBR1093; WS3Acidobacteria; BHI80-139; BRC1; Cren-archaeota; Elusimicrobia; Euryarchaeota; Fibrobacteres; GAL15; Gemmatimonade-tes; GN02; Nitrospirae; NKB19; OD1; OP3; Parvarchaeota; Planctomycetes; SBR1093; WPS-2; WS2; WS3

2.3 棉花根際真菌群落結構在不同發育時期的動態變化

對不同發育時期根際和對照土的真菌OTU數量進行分析，發現棉花各發育時期根際真菌OTU數量(149±29)極顯著(P<0.01)低于對照(186±18)。不同發育時期所取對照土中真菌OTU數量存在顯著(P<0.05)變化：蕾期真菌OTU數量(205±7)大于苗期(184±11)和花期(169±8)。根際土壤中真菌OTU數量在不同發育時期也存在顯著(P<0.05)變化：蕾期的OTU總數(178±16)高于苗期(125±30)和花期(144±6)。

使用ACE指數和Simpson指數對棉花不同發育時期的根際真菌α多樣性進行統計分析(圖4)。ACE指數分析表明，不同發育時期對照土真菌群落ACE指數存在顯著差異(P<0.05)，蕾期最高。對照土真菌群落ACE指數顯著(P<0.05)大于根際。不同發育時期的根際真菌群落多樣性分析表明，棉花根際真菌群落ACE指數在蕾期(192±17)顯著(P<0.05)高于苗期(138±22)和花期(154±8)。不同棉花品種相同發育時

圖4 兩個棉花品種不同發育時期根際和對照土的真菌群落ACE指數和Simpson指數Fig.4 ACE and Simpson index of rhizosphere and control soil bacterial community in different growth stages of two cotton cultivars

期的ACE指數間沒有顯著差異。不同發育時期的根際和對照土真菌群落Simpson指數分析表明，不同發育時期的對照土或根際土真菌群落Simpson指數間無顯著差異，各時期根際真菌Simpson指數均顯著(P<0.05)大于對應對照土。

分別使用Bray-Curtis和UniFrac指數對棉花不同發育時期的根際真菌群落和根際與對照土間的β多樣性進行統計分析。Bray-Curtis指數分析表明，陸地棉根際與對照土真菌群落間的Bray-Curtis指數在不同發育時期間無顯著差異，而海島棉根際與對照土真菌群落間的Bray-Curtis指數在蕾期(0.98±0.01)顯著(P<0.05)大于花期(0.97±0.01)。UniFrac指數分析表明，海島棉根際與對照土真菌群落間的UniFrac指數由苗期(0.87±0.03)、蕾期(0.76±0.01)到花期(0.71±0.01)極顯著(P<0.01)降低。另外，海島棉苗期與蕾期的UniFrac指數(0.66±0.06)顯著(P<0.05)大于蕾期與花期的UniFrac指數(0.63±0.02)。

2.4 發育時期對棉花根際細菌和真菌菌屬的影響

對不同發育時期棉花根際和對照土中細菌和真菌的群落組成在屬水平上進行分析和比較，得到差異顯著的菌屬(表2～3)。其中，Burkholderia、Bradyrhizobium、Bdellovibrio等10個細菌菌屬在3個發育時期根際土中的相對豐度均顯著(P<0.05)高于對照土，Sinorhizobium、Novosphingobium、Lysobacter、Nitrospira、Planctomyces、Candidatus_Nitrososphaera等13個細菌菌屬和Retroconis、Gliomastix、Mortierella等5個真菌菌屬在3個發育時期根際土中的相對豐度均顯著(P<0.05)

圖5 棉花根際和對照土壤中真菌群落結構組成(門水平)Fig.5 Fungal community structure of cotton rhizosphere and control soil in phylum level

低于對照土。只在棉花苗期和蕾期根際土壤中相對豐度顯著顯著(P<0.05)高于對照土的有Mesorhizobium、Arthrobacter、Dyella等4個細菌菌屬和Fusarium、Guehomyces兩個真菌菌屬，顯著(P<0.05)低于對照土的有1個細菌菌屬(OR-59)和Gibberella、Verticillium兩個真菌均屬。只在棉花蕾期和花期根際土壤中相對豐度顯著(P<0.05)高于對照土的有Aquicella、Legionella、Phenylobacterium等4個細菌菌屬和Rhodosporidium、Sakaguchia兩個真菌菌屬，顯著低于對照土的有Pseudoxanthomonas、Paenibacillus兩個細菌菌屬和Rhodotorula、Engyodontium兩個真菌菌屬。此外，每個時期的根際土壤中都有其特有的與對照土相比相對豐度顯著(P<0.05)升高或降低的菌屬，詳見圖6。

3 討論

根系能夠通過改變土壤特性，如保水性[16]、酸堿度[17]、營養物質[18-19]等條件形成特定的土壤環境，從而間接導致其對特定微生物選擇性的促進或者抑制作用。另外，植物還可以通過向土壤環境釋放根系分泌物，如揮發性物質、邊緣細胞、高分子聚合物等直接影響根際微生物群落結構，選擇性地促進或者抑制特定土壤微生物的生長和繁殖[14，20-22]，而且同種植物不同發育時期的根系分泌物種類和性質存在差異[15]。本研究表明，與對照土相比，根際細菌和真菌的OTU總數和物種多樣性顯著降低，說明棉花根系會抑制土壤中特定真菌和細菌的繁殖，受抑制菌群的豐度降低甚至消失，使棉花根際真菌和細菌的豐富度降低。在根際土中，細菌和真菌的物種多樣性在蕾期顯著高于苗期和花期，推測可能是因為受到棉花蕾期根系分泌物中某些特有成分的促進作用而致。

表2 不同時期在陸地棉和海島棉根際土中相對豐度與對照土有顯著(P< 0. 05) 差異的細菌群落( 屬水平)

Table 2 Bacterial communities with significantly (P< 0. 05) different relative abundance in upland cotton and island cotton rhizosphere and control soil in different growth stages in genus level

差異方向Variation direction苗期Seedling stage蕾期Budding stage花期Flowering stage較對照土相對豐度升高Higher than incontrol soilBurkholderia; Lactococcus; Rho-danobacter; Devosia; Carludovica; Bradyrhizobium; Bdellovibrio; Dyel-la; Paenibacillus; Rhodoplanes; My-cobacterium; Methylovirgula; Alkani-bacter; Mesorhizobium; ArthrobacterBurkholderia; Lactococcus; Rhodo-planes; Carludovica; Devosia; Rho-danobacter; Bradyrhizobium; Pheny-lobacterium; Aquicella; Bdellovibrio; Hyphomicrobium; A17; Acidopila; Alkanibacter; Arthrobacter; Mesorhi-zobium; Methylovirgula; Dyella; Le-gionella; Mycobacterium; Thiobacil-lus; Luteimonas; MethylibiumBurkholderia; Rhodanobacter; Devosia; Rhodoplanes; Bradyrhizobium; Carludovi-ca; Phenylobacterium; Streptomyces; Aquicella; Mycobacterium; Acidopila; Candidatus_Koribacter; Methylovirgula; Legionella; Bdellovibrio; Agrobacterium; Alkanibacter 較對照土相對豐度降低Lower than incontrol soilRalstonia; Chitinophaga; Rhizobium; Sinorhizobium; Novosphingobium; Lute-olibacter; Candidatus_Xiphinematobact-er; OR-59; Niastella; Variovorax; Fla-visolibacter; Rubrivivax; Opitutus; Ly-sobacter; A17; Sphingomonas; Nitrospi-ra; Steroidobacter; Pirellula; Gemma-ta; Kaistobacter; Planctomyces; Candi-datus_NitrososphaeraNovosphingobium; Pseudoxanthomonas; Sinorhizobium; Luteolibacter; OR-59; Niastella; Paenibacillus; Lysobacter; Sphingomonas; Kaistobacter; Nitrospi-ra; Steroidobacter; Gemmata; Pirel-lula; Planctomyces; Candidatus_Ni-trososphaeraTepidimonas; Novosphingobium; Pseudox-anthomonas; Luteimonas; Candidatus_Xi-phinematobacter; Sinorhizobium; Luteoli-bacter; Paenibacillus; Variovorax; Nias-tella; Rubrivivax; Opitutus; Flavisolibact-er; Lysobacter; Sphingomonas; Nitrospira; Kaistobacter; Steroidobacter; Gemmata; Pirellula; Planctomyces; Candidatus_Ni-trososphaera

表3 不同時期在陸地棉和海島棉根際土中相對豐度與對照土有顯著(P< 0. 05) 差異的真菌群落( 屬水平)

Table 3 Fungal communities with significantly (P< 0. 05) different relative abundance in upland cotton and island cotton rhizosphere and control soil in different growth stages in genus level

差異方向Variation direction苗期Seedling stage蕾期Budding stage花期Flowering stage較對照土相對豐度升高Higher than incontrol soil Fusarium; Guehomyces; Rhodotorula; Pseudeurotium Panaeolus; Fusarium; Rhodosporidi-um; Trichoderma; Guehomyces; Chaetomium; Emericella; Mrakia; Kurtzmanomyces; SakaguchiaTalaromyces; Rhodosporidium; Lecanicil-lium; Sakaguchia較對照土相對豐度降低Lower than incontrol soilCeratobasidium; Wardomyces; Campylo-carpon; Stephanonectria; Simplicillium; Acremonium; Aspergillus; Stachybotrys; Gibberella; Metarhizium; Verticillium; Retroconis; Gliomastix; MortierellaRhodotorula; Cochliobolus; Zopfiella; Campylocarpon; Gibberella; Humico-la; Wardomyces; Verticillium; Retro-conis; Gliomastix; Engyodontium; Penicillium; MortierellaTetracladium; Campylocarpon; Rhodotoru-la; Tremellodendron; Wardomyces; Crypto-coccus; Retroconis; Engyodontium; Glio-mastix; Mortierella

綠色代表苗期，紅色代表蕾期，橙色代表花期。Green circles represented seedling stage; red circle represented budding stage; orange circle represented flowering stage.圖6 不同發育時期特有的根際土壤中與對照土相比相對豐度顯著升高(A、C)或降低(B、D)的細菌(A、B)和真菌(C、D)菌屬及其數量Fig.6 Bacteria (A， B) and fungi (C， D) with significantly higher (A， C) or lower (B， D) relative abundance in rhizosphere soils than in control soil at different growth stages

大量研究表明，同種植物不同品種的根際微生物在數量和組成方面存在一定差異[23-25]。本研究表明，海島棉和陸地棉不同發育時期根際細菌群落結構變化特征存在差異：海島棉根際細菌Simpson指數在苗期和花期顯著大于陸地棉，但ACE指數沒有顯著差異，說明陸地棉和海島棉在苗期和花期的根際細菌物種豐富度無差異，而均勻度陸地棉大于海島棉，推測可能是因為海島棉根際細菌中的某些菌群在苗期和花期受到了特異性的促進或者抑制作用，這部分受到促進或者抑制的菌群可能與海島棉某些功能或者特性相關；陸地棉苗期與蕾期的Bray-Curtis指數顯著低于蕾期與花期的Bray-Curtis指數，但UniFrac指數無顯著差異，說明雖然陸地棉蕾期與花期的根際細菌群落物種組成差別較大，但是造成其差異的菌種進化距離較近；海島棉苗期與蕾期的Bray-Curtis指數和蕾期與花期的Bray-Curtis指數之間無顯著差異，UniFrac指數極顯著降低，說明導致海島棉苗期和蕾期根際細菌群落差異的菌種之間進化距離更遠。綜上所述，棉花苗期與蕾期的根際細菌群落差異菌群進化距離較遠，推測海島棉苗期和蕾期的根際細菌群落功能差異更大，因蕾期α多樣性更高，推測蕾期根際細菌的功能更多。

棉花根際真菌群落結構分析結果表明，不同發育時期對照土真菌群落受外界環境的影響顯著，因此在對根際真菌群落進行分析時，必須考慮因土壤自身條件改變而導致的真菌群落結構變化。棉花不同發育時期根際真菌群落α多樣性分析結果表明，蕾期雖然根際真菌物種豐富度最高，但是均勻度較低，推測棉花根際真菌中特定菌群受到了特異性的促進或抑制，這部分菌群可能與棉花蕾期某些功能或特性相關。棉花根際與對照土的β多樣性分析結果表明，3個時期根際與對照土真菌之間差異物種的數量沒有顯著差異，但是蕾期差異物種的進化距離較近。綜上所述，推測棉花根際真菌在蕾期受到促進的菌群為進化距離較近的特定分類菌群。

已有研究表明，Proteobacteria、Acidobacteria、Planctomycetes、Bacteroidetes為棉花根際細菌群落相對豐度較高的優勢菌門[26-27]。陸地棉和海島棉根際細菌群落中各發育時期Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Planctomycetes、Bacteroidetes和Verrucomicrobia為相對豐度最高的8個優勢菌門，約占棉花根際細菌群落相對豐度的71.29%～91.50%。Proteobacteria在根際的相對豐度在3個發育時期都高于對照土。BRC1、Crenarchaeota、Elusimicrobia等菌門在根際的相對豐度在3個發育時期都顯著低于對照土。不同發育時期根際細菌與對照土相比相對豐度顯著升高的菌門在各發育時期存在差異，除了共有菌門之外，每個發育時期還有其特有菌門，如Actinobacteria在苗期，Cyanobacteria、Bacteroidetes等在蕾期，Cyanobacteria、Chlorobi在花期的相對豐度在根際土中顯著大于對照土，而Thermi在苗期，AC1在蕾期，OD1、WPS-2在花期的相對豐度在根際土中顯著低于對照土。根際真菌群落中除了Unclassified(未分類)之外，相對豐度最高的菌門為Ascomycota，其次為Basidiomycota和Zygomycota，三者合為陸地棉和海島棉根際真菌的3大主導菌門。進一步分析表明，Rhodanobacter、Devosia、Bradyrhizobium、Bdellovibrio等與有機物質降解、物質循環、生物防治等相關的菌屬在棉花根際各發育時期的相對豐度都顯著大于對照土，而Novosphingobium、Sphingomonas、Nitrospira等與解磷、硝化和致病等相關的菌屬在棉花根際各發育時期的相對豐度則都顯著低于對照土。此外，對各發育時期受到顯著促進和抑制作用的菌屬進行分析表明，蕾期相對豐度在根際土中大于對照土的菌屬比其他2個時期要多，其中，Hyphomicrobium與有機物質的降解和反硝化功能相關[28]，Thiobacillus在好養條件下有反硝化特性并與硫循環和吸收相關[29]，Methylibium與尿素等有機物質的降解有關[30]，Trichoderma有生物防治功能并與植物的生長發育和營養物質的吸收相關[31]，Chaetomium為生物防治、抗旱、氮磷鉀吸收相關菌屬[32-35]，推測這些菌屬的富集與蕾期棉花的生長發育特性相關。

總的來看，棉花對土壤微生物群落具有一定的選擇作用，其根際微生物群落結構具有一定的穩定性，不同發育時期的優勢菌門相同，細菌為Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes、Cyanobacteria、Actinobacteria、Planctomycetes、Bacteroidetes和Verrucomicrobia，真菌為Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota。不同發育時期根際微生物群落結構存在顯著差異，蕾期與其他2個時期的差異最為明顯，大量的與物質循環、營養物質吸收和生物防治相關的功能菌屬在蕾期相對豐度增加，這些菌群與棉花的相互作用有待進一步研究。