天昊客戶新文：還原性土壤消毒與化學性土壤消毒對土壤真菌群落及成員的不同影響

發(fā)稿時間：2018-07-25來源：天昊生物

 

南京師范大學地理科學學院近期在《Applied Microbiology and Biotechnology》上發(fā)表了還原性土壤消毒與化學性土壤消毒對土壤真菌群落及成員不同影響的文章。在這項研究中天昊生物有幸承擔了樣品的擴增子測序工作。在恭喜客戶又發(fā)表文章同時，我們想跟大家分享一下文章的研究思路。

英文題目：Distinct impacts of reductive soil disinfestation and chemical soil disinfestation on soil fungal communities and memberships

中文題目：還原性土壤消毒與化學性土壤消毒對土壤真菌群落及成員的不同影響

期刊名：Applied Microbiology and Biotechnology     

發(fā)表時間： 2018年6月    

影響因子：3.42 

研究背景: 

土壤消毒是克服土傳病害（土傳病害是指病原體生活在土壤中,條件適宜時從作物根部或莖部侵害作物而引起的病害），保證作物生產效率的重要農業(yè)實踐。還原性土壤消毒（RSD）已發(fā)展成為一種對環(huán)境無害的可替代化學土壤消毒（CSD）的方法。然而，目前對CSD和RSD在土傳病原體抑制和真菌群落結構上的差異仍知之甚少。

研究對象：田間試驗位于云南石屏縣，這個地區(qū)以亞熱帶季風氣候為特征，年平均氣溫和降水量分別為18°C和899毫米。實驗地連續(xù)種植4年洋桔梗，因此遭受嚴重的鐮刀菌枯萎病。實驗包括五個組別：1）未處理的土壤（CK）；2）CSD相關組：使用0.5 t ha ^?1棉隆處理的土壤（DZ），3）RSD相關組：使用10 t ha ^?1乙醇處理的土壤（ET）；4）RSD相關組：使用15 t ha ^?1甘蔗渣處理的土壤（SB）；5）RSD相關組：使用15 t ha ^?1豆渣處理的土壤（BD）。每組3個生物學重復。采用白色塑料薄膜（80μm厚）作為土壤覆蓋物，用于DZ，ET，SB和BD的處理，厭氧處理持續(xù)4周，土壤溫度保持在35℃-40°C。厭氧處理后，去除塑料薄膜。隨機抽取土壤樣品（0～20 cm），每個土壤樣本是10個土芯的混合物，采集的土壤樣品為過2毫米篩網，均質化，然后分為兩份子樣品，一部分4℃保存用于測量微生物活性和理化性質，另一部分保存于80°C進行DNA提取及后續(xù)分子分析。

土壤理化分析：測定土壤pH值和電導率（EC）。

微生物活性測定：利用熒光素二乙酸酯（FDA）水解方法測定總微生物活性。

真菌與尖孢鐮刀菌豐度測定：使用real-time PCR測定真菌和F.oxysporum豐度。

測序技術：真菌ITS1擴增子測序

研究結果：

土壤理化性質

• 4周厭氧處理后BD處理組土壤pH值顯著高于對照組，在DZ, ET和SB處理組略微增加，但是與CK組相比不顯著（表1）。
• 所有RSD相關處理組（ET、SB和BD）中的土壤電導率均顯著低于對照和DZ處理組，CK和DZ之間差異不顯著。
• 與對照相比，所有RSD相關處理組和DZ處理組土壤的NO ^{3 ?}含量顯著降低。

 

表1不同土壤消毒處理組土壤樣品的理化性質

土壤微生物活性

與CK處理相比，BD處理組土壤微生物活性顯著提高，但是在DZ處理組則顯著下降（P＜0.05）。CK、ET和SB等組別之間的土壤微生物活性無顯著性差異。

 

圖1不同土壤樣品的微生物總活性

真菌與尖孢鐮刀菌的豐度

• 不同的土壤消毒處理對真菌種群影響不一樣，與對照組相比，BD處理后真菌豐度顯著增加，DZ處理后真菌豐度顯著減少（圖2A）。
• 令人驚訝的是，與對照組相比，所有的土壤消毒處理組（DZ、ET、SB和BD）顯著降低了尖孢鐮刀菌豐度（圖2B）。
• 尖孢鐮刀菌/真菌的比例從CK處理14.06‰分別下降到DZ（0.32‰）、SB (0.15‰)、ET (0.12‰)、BD (0.01‰) （圖2C）。

圖2不同處理土壤樣品中真菌豐度（A）、尖孢鐮刀菌豐度（B）和尖孢鐮刀菌/真菌比率（C）。

真菌α-多樣性與β多樣性

• 從15個土壤樣品（5個處理×3個生物重復）共獲得1675743條高質量ITS序列，每個樣品測序序列范圍從68287到249183。按97%序列同源性聚類為1915個OUT，所有樣品的覆蓋率均在99.7%以上。
• 總體而言，真菌Chao1，Shannon，和Pielou’s evenness在不同處理組顯著不同（表2）：在CK處理Chao1最高，其次是DZ和ET，SB和BD。Shannon diversity和Pielou’s evenness在DZ組要高于SB和BD組，SB組的Shannon diversity和Pielou’s evenness最低。

 

表2 不同土壤消毒處理對土壤真菌豐富度、多樣性和均勻度的影響

•  CSD（DZ）和RSD（ET、SB和BD）的真菌群落結構不同（圖3），SB和BD的真菌群落結構聚集在一起，但是ET組明顯不同。聚類分析進一步表明，所有處理的真菌群落結構形成了兩個主要類群：SB和BD為一個集群，而CK, ET, DZ為另一個集群（CK和ET在一起，與DZ處理分離）。

 

圖3基于不同處理的土壤樣品真菌群落的主坐標分析（A）和層次聚類分析（B）。

 

真菌群落組成

• Sordariomycetes, Pezizomycetes, Dothideomycetes, Agaricomycetes, Eurotiomycetes, Saccharomycetes是所有樣品中6類主要菌綱。
•  與CK處理相比，CSD和RSD相關處理主要改變了排名前20的真菌屬（圖4），例如，鐮刀菌屬的相對豐度從CK處理（2.67%）顯著降低到DZ（1.23%）、ET（0.17%）、BD（0.03%）和SB（0.02%），表明RSD相關處理比DZ處理在抑制鐮刀菌屬方面更有效。
•  Ascobolus, Peziza, Candida, Pseudeurotium, Cladorrhinum豐度在SB和BD處理中增加； Lectera, Cryptococcus, Cladosporium, Phoma, Podosphaera在DZ處理中增加；Mycothermus, Conocybe在ET處理中增加；Zopfiella, Talaromyces, Coprinopsis在土壤消毒處理中則減少，這些結果表明，不同的真菌屬對CSD和RSD相關處理的反應不同。

 

圖4熱圖顯示所有處理排名前20的真菌屬的平均相對豐度

• 不同的土壤消毒處理對特異和共有OTUs具有區(qū)別影響（表3；圖5）。總的來說，所有處理組中特異和共有OTUs個數(shù)分別為394和63（表3）。CK、DZ、ET、SB和BD特異OTUs個數(shù)分別為166、101、88、17和22。

 

表3 每個處理的特異OTU數(shù)目和所有處理重疊的OTU數(shù)目

•  在所有處理中，共有OTU的絕大多數(shù)隸屬于15個菌屬，其中Cercophora, Mycothermus, Remersonia, Fusarium, Coprinopsis, Ascobolus, Phoma, Candida的相對豐度在不同處理間變化顯著（圖5A）。
• 需要指出的是，鐮刀菌屬的相對豐度從CK（5.54%）顯著降低到DZ（1.43%）、ET（0.22%）、SB（0.02%）和BD（0.03%）。與CK組相比，Ascobolus豐度在DZ, SB, BD顯著增加，Cercophora和Remersonia豐度顯著降低。Mycothemus和Zopfiella豐度在DZ和ET中富集。Phoma豐度在DZ組顯著增加。
• 與共有OTUs結果一致，所有處理中17.19～66.31%的特異OTUs被分為32個屬。CK, DZ, ET, SB, BD的特異菌屬個數(shù)分別為8, 15, 6, 6, 6。
• 有趣的是，低豐度鐮刀菌屬僅在CK處理中發(fā)現(xiàn)，表明所有土壤消毒處理可能能夠抑制整個鐮刀菌屬。在DZ處理中，Mortierella屬顯著增加，而Penicillium屬僅在RSD-相關處理中發(fā)現(xiàn)。此外，Zopfiella屬和Chaetomium屬在BD處理中顯著增加。

 

圖5共有OTUs（A）和特異OTUs（B）真菌屬的相對豐度。

研究結論：

1. RSD相關處理，特別是BD處理，有效緩解了土壤酸化和鹽漬化。

2. 與CK處理相比，真菌的豐度和微生物活性在BD處理中顯著增加，在DZ處理中顯著下降。

3. 此外，CSD和RSD處理均顯著抑制尖孢鐮刀菌種群和鐮刀菌屬的相對豐度，CSD和RSD顯著改變了真菌群落結構。此外，CSD和RSD都具有獨特的微生物群，DZ處理以被孢霉屬Mortierella為主，BD處理以柄孢殼屬Zopffela、毛殼菌屬Chaetomium和青霉屬Penicillium為主。

4. 綜上所述，這些結果表明，BD處理可以大大減輕土壤退化，改善土壤微生物活性，并重新組裝一個具有更多病原抑制因子的非病原體獨特微生物群，因此在單一栽培系統(tǒng)中防治土傳病害可能是一種很有前途的消毒實踐。