天昊客戶新文：還原性土壤消毒與化學(xué)性土壤消毒對土壤真菌群落及成員的不同影響

發(fā)稿時(shí)間：2018-07-25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 Microbiology and Biotechnology》上發(fā)表了還原性土壤消毒與化學(xué)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(xiàng)研究中天昊生物有幸承擔(dān)了樣品的擴(kuò)增子測序工作。在恭喜客戶又發(fā)表文章同時(shí)，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(xué)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(shí)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(shí)從作物根部或莖部侵害作物而引起的病害），保證作物生產(chǎn)效率的重要農(nóng)業(yè)實(shí)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(xué)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(jié)構(gòu)上的差異仍知之甚少。

研究對象：田間試驗(yàn)位于云南石屏縣，這個(gè)地區(qū)以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)樘卣?，年平均氣溫和降水?/span>分別為18°C和899毫米。實(shí)驗(yàn)地連續(xù)種植4年洋桔梗，因此遭受嚴(yán)重的鐮刀菌枯萎病。實(shí)驗(yàn)包括五個(gè)組別：1）未處理的土壤（CK）；2）CSD相關(guān)組：使用0.5 t ha ^?1棉隆處理的土壤（DZ），3）RSD相關(guān)組：使用10 t ha ^?1乙醇處理的土壤（ET）；4）RSD相關(guān)組：使用15 t ha ^?1甘蔗渣處理的土壤（SB）；5）RSD相關(guān)組：使用15 t ha ^?1豆渣處理的土壤（BD）。每組3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。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(jī)抽取土壤樣品（0～20 cm），每個(gè)土壤樣本是10個(gè)土芯的混合物，采集的土壤樣品為過2毫米篩網(wǎng)，均質(zhì)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(zhì)，另一部分保存于80°C進(jìn)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(dǎo)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(shù)：真菌ITS1擴(kuò)增子測序

研究結(jié)果：

土壤理化性質(zhì)

• 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(guān)處理組（ET、SB和BD）中的土壤電導(dǎo)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(guān)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(zhì)

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(gè)土壤樣品（5個(gè)處理×3個(gè)生物重復(fù)）共獲得1675743條高質(zhì)量ITS序列，每個(gè)樣品測序序列范圍從68287到249183。按97%序列同源性聚類為1915個(gè)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(jié)構(gòu)不同（圖3），SB和BD的真菌群落結(jié)構(gòu)聚集在一起，但是ET組明顯不同。聚類分析進(jìn)一步表明，所有處理的真菌群落結(jié)構(gòu)形成了兩個(gè)主要類群：SB和BD為一個(gè)集群，而CK, ET, DZ為另一個(gè)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(biāo)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(guān)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(guān)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(jié)果表明，不同的真菌屬對CSD和RSD相關(guān)處理的反應(yīng)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(gè)數(shù)分別為394和63（表3）。CK、DZ、ET、SB和BD特異OTUs個(gè)數(shù)分別為166、101、88、17和22。

 

表3 每個(gè)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(gè)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(jié)果一致，所有處理中17.19～66.31%的特異OTUs被分為32個(gè)屬。CK, DZ, ET, SB, BD的特異菌屬個(gè)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(gè)鐮刀菌屬。在DZ處理中，Mortierella屬顯著增加，而Penicillium屬僅在RSD-相關(guān)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(jié)論：

1. RSD相關(guān)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(jié)構(gòu)。此外，CSD和RSD都具有獨(dú)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(jié)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(gè)具有更多病原抑制因子的非病原體獨(dú)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(shí)踐。