祝賀！天昊生物植物根際土壤微生物文章三連發(fā)!

發(fā)稿時(shí)間：2017-01-17來(lái)源：天昊生物

          土壤中微生物的特點(diǎn)是種類(lèi)眾多，有細(xì)菌，真菌，藻類(lèi)等，另外就是數(shù)量大，例如1g 肥沃土壤，可含有 幾億個(gè)甚至更多的微生物，這些土壤微生物對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的作用，例如土壤微生物可以形成土壤結(jié)構(gòu)；可以分解有機(jī)質(zhì)，改善土壤的結(jié)構(gòu)和耕性；土壤微生物還可以分解礦物質(zhì)，促進(jìn)土壤中難溶性物質(zhì)的溶解；某些土壤微生物可以將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可以利用的固定氮化物；某些土壤微生物還可以和植物形成共生關(guān)系，提供植物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素等。

正是因?yàn)橥寥牢⑸锏倪@些重要作用，目前隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展針對(duì)土壤微生物的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。天昊生物小編在梳理工作時(shí)發(fā)現(xiàn)我們的合作伙伴在2016年11月發(fā)表了3篇非常有意義的針對(duì)植物根際土壤微生物不同研究方向的論文，在此和大家分享一下他們的研究成果，同時(shí)也祝我們的合作伙伴在新的2017年再創(chuàng)佳作！

 

佳作預(yù)覽

發(fā)表時(shí)間	IF	期刊名稱(chēng)	研究?jī)?nèi)容	發(fā)表單位
2016年11月	4.165	Frontiers in Microbiology	不同施肥制度對(duì)叢枝菌根真菌（AMF）群落組成的影響	南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
2016年11月	3.069	Biology and Fertility of Soils	小麥田土壤微生物群落對(duì)CO2濃度和氣溫升高的響應(yīng)	淮北師范大學(xué)
2016年11月	2.67	Applied Soil Ecology	植物的營(yíng)養(yǎng)偏好性影響其根際微生物	南京農(nóng)業(yè)大學(xué)

 

佳作欣賞

文章一  不同施肥制度對(duì)叢枝菌根真菌（AMF）群落組成的影響與玉米根際土壤中的有機(jī)質(zhì)組成相關(guān)

 

英文題目：Impacts of Fertilization Regimes on Arbuscular Mycorrhizal Fungal (AMF) Community Composition Were Correlated with Organic Matter Composition in Maize Rhizosphere Soil

中文題目：不同施肥制度對(duì)叢枝菌根真菌（AMF）群落組成的影響與玉米根際土壤中的有機(jī)質(zhì)組成相關(guān)

期刊名：Frontiers in Microbiology

影響因子：4.165

研究背景：

一些研究表明，平衡施肥，包括補(bǔ)充氮（N），磷（P）和鉀（K），改變了土壤微生物群落和增強(qiáng)了土壤微生物的有效代謝。與化學(xué)施肥相比，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)施加有機(jī)肥料常被用來(lái)增加土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的含量，用來(lái)改變了土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，因此提高了作物產(chǎn)量。叢枝菌根真菌（AMF）是一類(lèi)重要的土壤微生物群，叢枝菌根真菌從植物體內(nèi)獲取必要的碳水化合物及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而植物也從真菌那里得到所需的營(yíng)養(yǎng)及水分等，因此AMF在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，然而，人類(lèi)活動(dòng)如何驅(qū)動(dòng)AMF群落變化仍然是未知的。

研究目的：調(diào)查不同施肥制度對(duì)玉米根際土壤AMF群落組成和多樣性的影響。

研究對(duì)象：種植制度是一年一次的玉米作物。有四個(gè)實(shí)驗(yàn)處理：（1）NK，只施加氮和鉀肥；（2）NPK，只施加N、P、K肥；（3）NPKM，施加N、P、K和有機(jī)肥；（4）M，只施加有機(jī)肥。每一個(gè)處理在不同的3個(gè)地塊有三個(gè)生物學(xué)重復(fù)。從每一個(gè)地塊隨機(jī)收集五個(gè)玉米植株的根際土壤樣品組成混合樣品。

技術(shù)方法： 擴(kuò)增子測(cè)序（引物AMV4.5NF/AMDGR）；根際土壤溶解有機(jī)物提取和GC–MS分析

主要結(jié)果：

1.        與其它處理相比，施加有機(jī)肥（M）能顯著增加玉米根際AMF群落OTUs的數(shù)量。

2.        不施加有機(jī)肥的組別，包括NK和NPK，與有機(jī)肥處理組別，包括NPKM和M，在群落水平上有顯著差異（圖2）。

3.        GC–MS共鑒定了59個(gè)根際土壤的乙酸乙酯提取溶解有機(jī)物，其中11個(gè)有機(jī)化合物被確定與AMF群落相關(guān)。

圖2 不同處理AMF菌落的RDA分析

研究結(jié)論：

不同施肥模式對(duì)AMF群落的影響與玉米根際土壤中有機(jī)質(zhì)組成相關(guān)，而施用有機(jī)肥能激活更多的AMF物種與其他玉米根際的物種相互作用。這為調(diào)節(jié)植物和真菌的共生系統(tǒng)，維護(hù)作物的高產(chǎn)量和健康生長(zhǎng)，并為合理施肥提供了初步依據(jù)。

 

文章二 小麥田土壤微生物群落對(duì)CO₂濃度和氣溫升高的響應(yīng)

 

英文題目：Abundance and composition response of wheat field soil bacterial and fungal communities to elevated CO₂ and increased air temperature

中文題目：小麥田土壤細(xì)菌和真菌群落對(duì)CO₂濃度升高和氣溫升高的豐度和組成響應(yīng)

期刊名：Biology and Fertility of Soils

影響因子：3.069 

研究背景：土壤微生物群落通過(guò)對(duì)養(yǎng)分循環(huán)的影響在陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)中起著重要作用。同時(shí)微生物群落組成和功能，也受到氣候變化的影響，包括CO₂濃度和溫度升高。研究結(jié)果表明微生物對(duì)大氣CO₂濃度和氣候變暖的相應(yīng)是高度可變的：不同植物種類(lèi)，不同生態(tài)系統(tǒng)和不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)微生物群落的影響差異很大。

研究目的： 比較不同氣候條件小麥田土壤的微生物豐度和組成

研究對(duì)象： 四個(gè)實(shí)驗(yàn)處理：（1）大氣CO₂濃度升高500 ppm（CE）；（2）冠層空氣溫度升高2°C（WA）；（3）大氣CO₂濃度升高同時(shí)與冠層空氣溫度升高(CW);（4）環(huán)境對(duì)照組（CK）。每個(gè)處理區(qū)包含三個(gè)直徑8米的八角形環(huán)，純CO₂通過(guò)環(huán)周?chē)拇┛坠茏⑷?。利用懸掛在處理區(qū)上方的紅外加熱器進(jìn)行冠層空氣變暖。每個(gè)處理包括三個(gè)生物學(xué)重復(fù)。從每一個(gè)處理區(qū)隨機(jī)收集五個(gè)小麥植株的根際土壤樣品組成混合樣品。土壤樣品過(guò)2-mm篩并立即密封在塑料袋中。

技術(shù)方法：細(xì)菌16S擴(kuò)增子測(cè)序（V3-V4）；真菌ITS1擴(kuò)增子測(cè)序；QPCR

主要結(jié)果：

1.        細(xì)菌16S擴(kuò)增子測(cè)序每個(gè)樣品得到44,853-63,048序列，所有樣本稀釋性曲線(xiàn)達(dá)到飽和，真菌ITS1擴(kuò)增子測(cè)序每個(gè)樣品得到52,519-85,957 序列，稀釋性曲線(xiàn)開(kāi)始接近飽和。

2.        相對(duì)于對(duì)照組，CO₂濃度升高顯著增加小麥根際土壤細(xì)菌和真菌的豐度, 空氣溫度增加能顯著降低真菌豐度。

3.        CO₂濃度處理和溫度升高處理之間細(xì)菌α多樣性沒(méi)有顯著差別。

4.        變形桿菌、擬桿菌、綠彎菌門(mén)，和子囊菌門(mén)是麥田土壤最豐富的細(xì)菌和真菌菌門(mén)。

5.        細(xì)菌聚類(lèi)分析中，CK和CE, WA 處理組能聚類(lèi)在一起；在真菌聚類(lèi)分析中，CK和CE, WA, CW等3個(gè)處理組明顯分開(kāi)（圖2）。

6.        綜上所述表明某些細(xì)菌和真菌在響應(yīng)CO₂濃度和溫度升高方面存在差異，真菌物種對(duì)氣候變化更敏感。

圖2  CK, CE, WA,和CW處理組的聚類(lèi)分析和PCoA分析

 

文章三  植物的營(yíng)養(yǎng)偏好性影響其根際微生物

 

英文題目：The nutrient preference of plants influences their rhizosphere microbiome

中文題目：植物的營(yíng)養(yǎng)偏好性影響其根際微生物

期刊名：Applied Soil Ecology

影響因子：2.67  

研究背景：研究表明植物宿主可以塑造其根際微生物，具體表現(xiàn)在生長(zhǎng)在同一土壤中的不同植物具有不同的微生物群落。土壤因素，如pH值、C/N比、可利用的磷和鉀被報(bào)道影響土壤微生物群落的組成。因此，考慮到植物物種對(duì)土壤養(yǎng)分吸收水平和土壤養(yǎng)分類(lèi)型的特異性，植物的營(yíng)養(yǎng)偏好性在選擇宿主依賴(lài)的根際微生物方面可能起著非常重要的作用。

研究目的： （1）確定植物營(yíng)養(yǎng)偏好性是否與宿主特異性根際微生物組成相關(guān)（2）闡明植物營(yíng)養(yǎng)偏好如何驅(qū)動(dòng)植物根際微生物的選擇。

研究對(duì)象： 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括在盆里分別種植番茄和黃瓜，每個(gè)盆里種植兩棵，盆栽試驗(yàn)（每品種六盆）連續(xù)種植五次（每次施加完全相同類(lèi)型和量的礦物肥料），在第五個(gè)生長(zhǎng)季后采集植物根際土壤樣品。

技術(shù)方法：細(xì)菌16S擴(kuò)增子測(cè)序（V3-V4）；真菌ITS2擴(kuò)增子測(cè)序；

主要結(jié)果：

1.        經(jīng)過(guò)五個(gè)季節(jié)的植物連作，番茄根際（TOM）和黃瓜根際（CUC）土壤樣品的養(yǎng)分狀況顯著不同。黃瓜根際（CUC）土壤樣品含有相對(duì)較高的硝態(tài)氮、可利用K、可利用Mn、總Fe，而總P則顯著低于番茄根際（TOM）土壤樣品。

2.        α多樣性分析表明相對(duì)于黃瓜根際（CUC），番茄根際（TOM）有較高的真菌多樣性和較低的細(xì)菌多樣性。

3.        細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，如變形菌門(mén)和擬桿菌門(mén)；真菌門(mén)，如擔(dān)子菌門(mén)在黃瓜根際（CUC）土壤樣品豐度更高。

4.        聚類(lèi)分析能把番茄根際（TOM）和黃瓜根際（CUC）土壤樣品的微生物群落明顯分開(kāi)，例如番茄根際（TOM）有較低的細(xì)菌群落均勻度，而黃瓜根際（CUC）有較低的真菌群落均勻度（圖2）。

5.        相關(guān)性分析表明，大部分土壤營(yíng)養(yǎng)特征與兩種植物根際土壤樣品中的差異菌種存在相關(guān)性（表3）。例如，反硝化桿菌屬的相對(duì)豐度與土壤硝態(tài)氮有顯著負(fù)相關(guān)，也就是，土壤硝態(tài)氮積累越少，番茄根際能產(chǎn)生更多的反硝化桿菌屬。

圖2  番茄根際（TOM）和黃瓜根際（CUC）土壤樣品中豐度top100細(xì)菌（A）和真菌（B）分布熱圖。

研究結(jié)論：

不同植物的特異營(yíng)養(yǎng)偏好性在塑造自己的根際微生物尤其是長(zhǎng)期連作系統(tǒng)中起著十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhu C, Ling N, Guo J, Wang M, Guo S, Shen, Q,et al (2016). Impacts of Fertilization Regimes on Arbuscular Mycorrhizal Fungal (AMF) Community Composition Were Correlated with Organic Matter Composition in Maize Rhizosphere Soil. Frontiers in microbiology, 7, 1840.

[2] Y Liu, H Zhang, M Xiong, F Li, L Li, G Wang,et al (2016). Abundance and composition response of wheat field soil bacterial and fungal communities to elevated CO2 and increased air temperatur. Biology and Fertility of Soils,53, 3-8.

[3]F Cai, G Pang, Y Miao, R Li, R Li, Q Shen, W Chen,et al (2016). The nutrient preference of plants influences their rhizosphere microbiom.Applied Soil Ecology, 110, 146-150.

 

關(guān)于天昊：

天昊生物采用Miseq PE250測(cè)序策略對(duì)細(xì)菌16S rDNA區(qū)/真菌ITS區(qū)/真菌18S rDNA區(qū)的雙V區(qū)或多種單V區(qū)進(jìn)行測(cè)序，使用低循環(huán)數(shù)擴(kuò)增，保證每個(gè)樣品擴(kuò)增的循環(huán)數(shù)統(tǒng)一；采用特殊方法可有效避免系統(tǒng)內(nèi)誤差；數(shù)據(jù)質(zhì)量高，有效序列Q30達(dá)到80%以上；加上最新升級(jí)的分析內(nèi)容和解釋詳盡的結(jié)題報(bào)告，帶您享受極致的微生物擴(kuò)增子測(cè)序體驗(yàn)。