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

 

 南京師范大學地理科學學院近期在《Applied Soil Ecology》上發(fā)表了三七單作系統(tǒng)和三七-玉米系統(tǒng)微生物群落結構比較的文章。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月實驗結束后，從兩個實驗系統(tǒng)中隨機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。土壤總有機碳（TOC）、總氮（TN）分別用H₂ SO₄ -K₂Cr₂ O₇和半微量凱氏定氮法進行分析。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

細菌測序區(qū)段為：（V4）；真菌測序區(qū)段為：（ITS1）。

 

研究結果：

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。

細菌、真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量

細菌數(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。每個樣本的細菌OTU數(shù)目在4219—4871，真菌OTU數(shù)目在681—899。細菌和真菌的測序覆蓋度分別達到97.7% 和 99.5%。

細菌和真菌的豐富度，多樣性和均勻度

三七-玉米系統(tǒng)的細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)細菌和真菌的豐富度，多樣性和均勻度統(tǒng)計

細菌和真菌的群落結構和組成

PCoA分析表明三七-玉米系統(tǒng)（MSGS）和三七單作系統(tǒng)（SGMS）的細菌（圖3A）和真菌（圖3B）群落結構明顯不同。但是無論是細菌還是真菌群落在三七單作系統(tǒng)土壤重復樣本中更相似，但是在三七-玉米系統(tǒng)重復樣本中更分散。ANOSIM分析表明兩個系統(tǒng)的細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菌和真菌的群落結構。在細菌中，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)勢細菌（A）和真菌（B）。

IMPER分析表明13個細菌屬和16個真菌屬分別對兩種種植系統(tǒng)細菌（表4）和真菌（表5）群落結構差異有貢獻。不動桿菌貢獻了布雷-柯蒂斯差異度的26.91%，前10名細菌貢獻了群落總變異的70.72%。61.54%的高貢獻度細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名真菌貢獻了群落總變異的54.51%。50%的高貢獻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)群落結構差異有高貢獻度的細菌菌屬。

 

表5  SIMPER分析對兩種種植系統(tǒng)群落結構差異有高貢獻度的真菌菌屬。

 

 

總結：

三七作物種植嚴重受重茬病害影響，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構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。因此本文認為玉米植株有能力重塑土壤微環(huán)境，允許細菌而不是真菌開發(fā)，從而使微生物群從真菌為主向細菌為主轉(zhuǎn)化，特別是有益細菌的增加。

關于天昊：

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