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植物叶际上存在着大量的细菌、真菌等微生物,这些叶际微生物通过与植物寄主的互作,参与到植物的生理代谢中。叶际微生物在全球碳氮循环中起着重要作用,不仅与植物宿主的关系非常复杂,而且还具有固氮、促进植物生长、增强植物抗逆性、改变植物表面特性、降解植物表面农药残留等多种功能。不同植物独特的叶际环境可能塑造和选择出其独特的叶际微生物菌群。然而,目前大多数的研究都集中在雌雄同株植物的叶际微生物方面,而对雌雄异株植物这一特殊群体的叶际微生物菌群的研究却开展甚少。青杨(Populus cathayana)作为典型的温带雌雄异株植物,广泛分布于中国北方,也是我国重要的林业资源树种。前期研究已经表明青杨雌雄株在形态特征和生理代谢方面都有显著差异,因此,本研究以河北小五台山的天然青杨为研究对象,采用基于16S rRNA/ITS1基因的MiSeq高通量测序技术对雌雄植株叶际细菌和真菌进行测序,探究不同海拔的青杨雌雄株间叶际细菌和真菌群落结构的差异性,并与叶片理化性质进行耦合分析,以此揭示影响雌雄株叶际微生物菌群组成差异的主导因子。主要研究结果如下:1.高通量测序结果表明,青杨叶际细菌隶属于8个门,17个纲,31个目,51个科,90个属。青杨叶际真菌隶属于3个门,21个纲,51个目,80个科,118个属。2.不同海拔青杨雌雄株的Alpha多样性指数比较:雌雄株的叶际细菌群落和真菌群落的Chao1指数,Shannon指数和Pd指数均无显著差异(P>0.05),但是叶际细菌群落的Pd指数在不同海拔间有显著差异,中海拔的Pd指数显著高于高海拔(P<0.05)。3.群落结构组成表明,变形菌门(Proteobacteria,91.93%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,3.68%)是青杨叶际细菌群落的主导菌群。在属水平上,薄层菌属(Hymenobacter,12.23%)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas,15.16%)和甲基杆菌属(Methylobacterium,15.12%)是叶际优势细菌属。子囊菌门(Ascomycota,91.13%)和担子菌门(Basidiomycota,8.79%)青杨叶际真菌群落的主导菌群,在属水平上,Zymoseptoria属(40.19%)、黑星菌属(Venturia,16.23%)和茎点霉属(Phoma,13.05%)是青杨的叶际优势真菌属。4.比较青杨雌雄株的叶际微生物群落组成发现:雌雄株分别有各自独有的叶际细菌菌群和真菌菌群。其中,在相对丰度大于0.01%的菌属中,叶际细菌普氏菌属(Prevotella9,0.12%)、红球菌属(Rhodococcus,0.09%)、Devosia属(0.07%)和真菌Pringsheimia属(0.09%)仅在雌株上独有,而细菌慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium,0.05%)仅在在雄株上独有。5.Metastats两两比较不同海拔青杨雌雄株间有显著差异的叶际微生物菌群发现:不同的微生物菌属分别在雌雄株叶际富集。雌株的叶际细菌Amnibacterium属和真菌短梗霉属(Aureobasidium)、茎点霉属(Phoma)、链核盘菌属(Monilinia)、红酵母属(Rhodotorula)、黑星孢属(Fusicladium)、亚球壳属(Sphaerulina)的相对丰度显著高于雄株(P<0.05),而雌株的叶际细菌螺状菌属(Spirosoma)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)和真菌Elmerina属、牛肝菌属(Suillus)、黑星菌属(Venturia)、Zymoseptoria属的相对丰度却显著低于雄株(P<0.05)。6.耦合环境因子和微生物群落结构分析表明:叶片铁含量显著影响着青杨叶际细菌群落变化,而叶片矿质元素(铁、镁、钙)则显著影响着青杨叶际真菌的群落变化(P<0.05)。不同海拔环境中,环境因子对雌雄株叶际微生物群落结构差异的贡献率有所不同。对于叶际细菌群落,叶片基本元素(碳、氮、磷等)含量是主要的贡献因子,在3个海拔的贡献率分别为66.14%、47.15%和46.21%。对于叶际真菌群落,叶片基本元素的贡献率分别为29.25%、33.86%和34.11%,叶片矿质元素对真菌群落也有较高的贡献率,分别为5.92%、14.03%和7.59%。综上所述,我们的研究表明青杨雌雄株具有各自独有的叶际微生物菌群和显著富集的菌群,雌雄株的叶际环境对微生物的群落结构有显著地选择作用,且在不同的海拔环境中雌雄株间的叶际菌群差异稳定。该研究结果为利用叶际微生物组成差异鉴定雌雄异株植物性别提供新的方法,并为叶际环境中可能存在的具有宿主特异性的微生物种类提供了线索。同时,也为深入理解叶际微生物与雌雄异株植物之间的协同进化关系提供新的研究思路。