又雙叒叕文章！天昊合作伙伴發(fā)表三七單作系統(tǒng)和三七-玉米系統(tǒng)微生物群落比較新成果

發(fā)稿時間：2017-10-14來源：天昊生物

 

 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院近期在《Applied Soil Ecology》上發(fā)表了三七單作系統(tǒng)和三七-玉米系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)比較的文章。在恭喜天昊生物客戶發(fā)表微生物文章同時，我們想跟大家分享一下文章的研究思路。

英文題目：Comparative soil microbial communities and activities in adjacent Sanqi ginseng monoculture and maize-Sanqi ginseng systems

中文題目：三七單作系統(tǒng)和三七-玉米系統(tǒng)微生物群落和活性比較

期刊名：Applied Soil Ecology      發(fā)表時間： 2017年8月    影響因子2.786

材料方法:

實驗設(shè)計

開始實驗前三年，實驗土地一直種植三七，2013-2016年開始實驗土地一分為二：1）MSGS：一半實驗土地種植玉米；2）SGMS：一半實驗土地接著種植三七。2013年實驗開始前使用生石灰調(diào)整整塊地的pH。2016年8月實驗結(jié)束后，從兩個實驗系統(tǒng)中隨機(jī)收集三份散裝土壤樣品。采集的土壤樣品用2毫米網(wǎng)格除去石塊和植物碎片，樣本分別儲存在?80 °C和4°C用于DNA提取和理化性質(zhì)測定。

土壤理化分析

土壤pH值使用S200 K pH計測定。土壤總有機(jī)碳（TOC）、總氮（TN）分別用H₂ SO₄ -K₂Cr₂ O₇和半微量凱氏定氮法進(jìn)行分析。土壤NH ₄⁺-N和NO₃^?-N采用連續(xù)流動分析儀測定。

微生物活性測定

通過檢測熒光素二乙酸(FDA)水解測量土壤總微生物活性。

DNA提取

使用PowerSoil DNA Isolation Kit (MoBio)提取土壤樣品中的總DNA。

Real-time PCR

使用特異引物（表1）確定土壤樣本中細(xì)菌豐度（338F / 518R）、真菌豐度（ITS1F / 5.8S），和尖孢鐮刀菌豐度（ITS1F /AFP308R）。

表1  Real-time PCR特異性引物

 

Miseq測序

細(xì)菌測序區(qū)段為：（V4）；真菌測序區(qū)段為：（ITS1）。

 

研究結(jié)果：

土壤理化性質(zhì)

三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）中的土壤總氮（TN）和NH ₄⁺-N含量明顯高于三七單作系統(tǒng)（SGMS）。但是三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）中的NO₃^?-N含量明顯低于三七單作系統(tǒng)（SGMS）。pH值、TOC和C/N比在兩個種植系統(tǒng)之間沒有明顯差異。

表2 三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的土壤理化性質(zhì)測定

 

 

土壤微生物活性

三七-玉米系統(tǒng)中的土壤微生物活性極顯著高于三七單作系統(tǒng)（圖1）。

 

圖1 三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的土壤微生物活性。

細(xì)菌、真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量

細(xì)菌數(shù)量在三七-玉米系統(tǒng)（1.71×10¹¹ copies/g）中顯著高于三七單作系統(tǒng) (2.84 × 10¹⁰ copies/g) （圖2A）。真菌數(shù)量在三七-玉米系統(tǒng)比三七單作系統(tǒng)高4.05倍（圖2B）。尖孢鐮刀菌數(shù)量在三七-玉米系統(tǒng)比三七單作系統(tǒng)高2.25倍（圖2C）。但是土壤鐮刀菌/真菌比值在三七-玉米系統(tǒng)中低于三七單作系統(tǒng)（圖2D）。

 

 

 

圖2 三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的細(xì)菌（A）、真菌（B）、尖孢鐮刀菌豐度（C）、鐮刀菌/真菌比值（D）。

測序數(shù)據(jù)信息

土壤樣本的16S rRNA測序數(shù)據(jù)量在78,451—84,880序列，ITS測序數(shù)據(jù)量在51,886—120,122序列。每個樣本的細(xì)菌OTU數(shù)目在4219—4871，真菌OTU數(shù)目在681—899。細(xì)菌和真菌的測序覆蓋度分別達(dá)到97.7% 和 99.5%。

細(xì)菌和真菌的豐富度，多樣性和均勻度

三七-玉米系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性和均勻度顯著高于三七單作系統(tǒng)（表3），兩個系統(tǒng)在細(xì)菌豐富度沒有明顯差異。三七-玉米系統(tǒng)的真菌豐富度顯著低于三七單作系統(tǒng)（表3），兩個系統(tǒng)在真菌多樣性和均勻度沒有明顯差異。

 

表3 兩個種植系統(tǒng)細(xì)菌和真菌的豐富度，多樣性和均勻度統(tǒng)計

細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)和組成

PCoA分析表明三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的細(xì)菌（圖3A）和真菌（圖3B）群落結(jié)構(gòu)明顯不同。但是無論是細(xì)菌還是真菌群落在三七單作系統(tǒng)土壤重復(fù)樣本中更相似，但是在三七-玉米系統(tǒng)重復(fù)樣本中更分散。ANOSIM分析表明兩個系統(tǒng)的細(xì)菌和真菌群落都存在顯著差異。

 

 

圖3 三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的細(xì)菌（A）、真菌（B）群落PCoA分析。

三七-玉米系統(tǒng)在門和屬水平都改變了細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)。在細(xì)菌中，變形菌門，擬桿菌門、放線菌門、酸桿菌門、和綠彎菌門在兩種種植系統(tǒng)中是最豐富的（圖4A）。與三七單作系統(tǒng)相比，在改種植玉米后只有變形菌門和放線菌門的豐度下降，其它菌門的豐度都增加。在真菌中，糞殼菌綱、座囊菌綱、散囊菌綱、錘舌菌綱在兩種種植系統(tǒng)中是最豐富的（圖4B）。糞殼菌綱、散囊菌綱、錘舌菌綱、圓盤菌綱在種植玉米后豐度下降，座囊菌綱、傘菌綱豐度則增加。

 

圖4 三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的優(yōu)勢細(xì)菌（A）和真菌（B）。

IMPER分析表明13個細(xì)菌屬和16個真菌屬分別對兩種種植系統(tǒng)細(xì)菌（表4）和真菌（表5）群落結(jié)構(gòu)差異有貢獻(xiàn)。不動桿菌貢獻(xiàn)了布雷-柯蒂斯差異度的26.91%，前10名細(xì)菌貢獻(xiàn)了群落總變異的70.72%。61.54%的高貢獻(xiàn)度細(xì)菌在種植玉米后豐度上升，在三七單作系統(tǒng)中豐度很低（表4）。在真菌中，鐮刀菌貢獻(xiàn)了差異度的12.87%，這個真菌在種植玉米后豐度下降，前10名真菌貢獻(xiàn)了群落總變異的54.51%。50%的高貢獻(xiàn)度真菌在種植玉米后豐度下降很多（表5）。

表4  SIMPER分析對兩種種植系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)差異有高貢獻(xiàn)度的細(xì)菌菌屬。

 

表5  SIMPER分析對兩種種植系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)差異有高貢獻(xiàn)度的真菌菌屬。

 

 

總結(jié)：

三七作物種植嚴(yán)重受重茬病害影響，本文發(fā)現(xiàn)作物輪作是解決這個問題的一個有效農(nóng)業(yè)實踐。這項研究發(fā)現(xiàn)玉米種植可以通過改變三七栽培土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)和組成來改變土壤微生物的活性。在種植玉米后鐮刀菌豐度和鐮刀菌/真菌比值顯著下降。三七-玉米系統(tǒng)的細(xì)菌多樣性和均勻度都顯著高于三七單作系統(tǒng)，但是三七-玉米系統(tǒng)的真菌豐富度顯著低于三七單作系統(tǒng)。另外三七-玉米系統(tǒng)中有益微生物增多。因此本文認(rèn)為玉米植株有能力重塑土壤微環(huán)境，允許細(xì)菌而不是真菌開發(fā)，從而使微生物群從真菌為主向細(xì)菌為主轉(zhuǎn)化，特別是有益細(xì)菌的增加。

關(guān)于天昊：

      天昊生物采用Miseq PE250測序策略對細(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)行測序，使用低循環(huán)數(shù)擴(kuò)增，保證每個樣品擴(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90%以上；加上最新升級的分析內(nèi)容和解釋詳盡的結(jié)題報告，帶您享受極致的微生物擴(kuò)增子測序體驗。