枯草芽胞杆菌菌肥对有机冬瓜根区土壤微生态的影响

【背景】微生物肥料已广泛应用于我国有机作物的种植,其对有机种植土壤微生态的影响尚需科学评测。【目的】高通量测序技术可用于精确分析土壤微生物群落,从细菌、真菌群落结构和多样性的角度阐释枯草芽胞杆菌菌肥对有机农田根区土壤微生物群落的影响。【方法】在有机农田轮作种植条件下,施用枯草芽胞杆菌菌肥后提取冬瓜根区土壤基因组DNA,通过PCR扩增建立文库,利用IlluminaMiSeq高通量测序技术,并结合相关生物信息学方法分析土壤细菌16SrRNA基因V3-V4区和真菌ITS1区的多样性指数及群落结构;测定根区土壤化学性质及酶活性,分析有机冬瓜果实品质,并作相关分析。【结果】从6个有机冬瓜根区土壤样本中获得14199个细菌操作分类单元(OTU)和3378个真菌OTU,细菌和真菌文库测序覆盖率分别在98%、99%以上。枯草芽胞杆菌菌肥会在一定程度上提高土壤细菌种群多样性而降低真菌种群多样性,丰富了细菌群落结构,但显著降低了真菌群落丰富度(P0.05);并减少了根区土壤特有细菌和真菌物种。变形菌门、厚壁菌门和放线菌门是优势细菌,子囊菌门是优势真菌;枯草芽胞杆菌菌肥会提高绿弯菌门和子囊菌门的相对丰度,比例分别为46.23%、10.01%;降低变形菌门和担子菌门的相对丰度,比例分别为11.14%、74.72%。枯草芽胞杆菌菌肥显著降低了土壤pH,显著提高了有机冬瓜果实总氨基酸、可溶性固形物等营养成分含量(P0.05)。【结论】施用枯草芽胞杆菌菌肥改变有机冬瓜根区土壤细菌和真菌的丰富度和多样性,降低了土壤pH,提高了有机冬瓜果实品质。     

不同种植方式对绿洲农田土壤酶活性与微生物多样性的影响

研究了玉米连作10年、小麦连作8年 棉花连作10年、棉花连作15年和棉花6年 6年小麦/油葵轮作4种种植方式对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性的影响,并分析了土壤细菌、真菌、氨氧化古菌与氨氧化细菌对北疆绿洲农田不同种植方式的响应.结果表明： 不同种植方式对土壤过氧化氢酶、芳基硫酸酯酶、脱氢酶和蛋白酶活性影响明显,但对蔗糖酶无显著影响;对氨氧化古菌多样性指数有显著影响,对土壤细菌、真菌和氨氧化细菌多样性指数无明显影响.土壤真菌和氨氧化细菌群落结构对不同种植方式的响应较细菌和氨氧化古菌敏感.长期棉花连作使绿洲农田土壤酶活性下降,微生物群落多样性降低,而轮作可提高土壤酶活性和微生物群落结构多样性.
     

不同种植模式下丹参根际土壤微生物群落结构变化

采用MiSeq高通量测序技术对连作、轮作、套作3种种植模式下丹参根际土壤中细菌的16S rDNA基因V3—V4区片段和真菌18S rDNA基因V4区片段进行了测序,研究了细菌和真菌群落结构的变化,并分析了其与土壤因子的关系,从根际微生态系统的变化阐释了丹参连作障碍的发生机理。总体上,细菌和真菌群落的大部分Alpha多样性指数在3种种植模式之间没有显著差异,但呈现轮作套作连作的趋势。与连作相比,轮作显著提高了细菌群落的香农-威纳指数和丛枝菌根真菌的侵染率。从细菌群落的组成上看,轮作模式下芽单胞菌门的相对丰度显著低于连作和套作。相反,轮作和套作时浮霉菌门和拟杆菌门的相对丰度则高于连作。轮作和套作模式下,真菌群落中的接合菌门、壶菌门和子囊菌门的相对丰度显著高于连作。另外,不同种植模式下微生物之间的相互作用关系也有明显差异,轮作甚至会造成真菌之间的相互关系发生逆转。连作模式下检出了丹参枯萎病的病原菌镰刀菌,而有益菌枯草杆菌属的数量却呈下降趋势,这可能是引起丹参病害加剧的原因之一。主坐标成分分析表明,微生物群落在3种种植模式之间没有发生显著的分化,前两个主坐标成分的总解释能力均小于30%,表明没有显著的主导因子。轮作和套作可以提高土壤pH和部分矿质营养,降低ORP。但是,土壤性质的变化仅影响细菌群落,对真菌群落的影响不明显。套作模式下,总钾和有效钾会提高细菌和真菌群落的多样性;轮作和连作模式下的真菌群落则刚好相反,它们更适应低钾和高ORP的环境。研究结果表明,轮作和套作可以在一定程度上改善土壤质量,提高根际细菌群落多样性,改变微生物群落组成,以及微生物-微生物、微生物-丹参之间的相互关系,这些可能是缓解丹参连作障碍的重要原因。     

长期连作农田土壤细菌群落结构和共现网络拓扑性质对土壤理化性质的响应

【目的】为探究长期连作土壤细菌群落结构和分子生态网络与土壤环境演化的关联性。【方法】本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术,解析了湖南省浏阳市两块连作十二年农田(表现连作障碍的GD和健康的YA)土壤微生物群落组成结构和分子生态网络拓扑性质与土壤理化性质的关系。【结果】GD土壤总氮和有效磷含量显著高于YA,而土壤硝态氮和速效钾含量显著低于YA(P<0.05)。GD土壤细菌群落多样性高于YA,两地土壤细菌群落结构存在显著差异(P<0.01),且与土壤pH和有效磷含量相关。进一步分析表明,GD土壤细菌群落之间比YA具有更复杂的生态网络,主要体现在能量代谢、碳循环和氮循环功能模块。【结论】综上所述,连作会引起土壤细菌群落多样性、组成结构和生态网络变化,这可能与土壤理化性质恶化、土壤肥力下降密切相关,进而影响作物生长发育。     

不同轮作模式下设施土壤丛枝菌根真菌群落结构的季相变化

以番茄-甜瓜、番茄-豆角两种轮作模式为研究对象,采集番茄生长季(休耕期、花期、果期)的土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析两种轮作模式下土壤AM真菌群落结构的差异特征,并探讨驱动AM真菌多样性和群落组成差异的关键因子。结果表明: 引入豆科作物的轮作模式显著改变了AM真菌的α多样性,与番茄-甜瓜相比,番茄-豆角土壤中AM真菌Shannon多样性和Pielou均匀度分别显著降低了24.9%和24.0%。AM真菌丰富度、Shannon多样性和系统发育多样性在番茄生育期(花期、果期)相比于休耕期分别显著下降了55.6%～67.5%、49.6%～51.5%及21.4%～23.7%。引入豆科作物的轮作模式在3个时期均提高了球囊霉属的相对丰度,降低了花期和果期类球囊霉属及原囊霉属的相对丰度。近明球囊霉属的相对丰度在休耕期表现为番茄-甜瓜>番茄-豆角,花期则相反。两性囊霉属、多孢囊霉属和盾巨孢囊霉属仅在花期番茄-豆角土壤中存在。置换多元方差分析(PERMANOVA)和非度量多维度分析(NMDS)结果表明,轮作模式和生长季均显著影响AM真菌群落结构,土壤湿度、pH、速效磷等是调控AM真菌群落结构和多样性的主要环境因子。结构方程模型(SEM)结果进一步表明,轮作模式和生长季主要通过影响土壤pH间接驱动AM真菌群落组成及多样性变化。     

植被退化对滇西北高寒草地土壤微生物群落的影响

【目的】在同尺度下比较我国滇西北高寒草地土壤(GS)及其退化土壤(DGS)中细菌和真菌群落,研究植被退化对高寒草地土壤微生物群落的影响,并探索其环境驱动因子。【方法】分别以16SrRNA基因和ITS基因作为细菌和真菌分子生态学分析的靶标基因,采用定量PCR法测定基因数量来表征微生物群落丰度,采用Illumina Hiseq测序及生物信息学分析研究土壤微生物群落组成和群落结构。【结果】草地退化后,土壤pH值显著上升0.65个单位,土壤水分、总有机碳、可溶性氮含量和C/N比分别显著下降了18.4%、67.5%、47.2%和71.2%;草地退化显著降低了土壤细菌和真菌群落丰度,降低幅度分别为92.4%和94.9%;草地退化没有影响土壤细菌和真菌群落α-多样性,但显著改变了细菌和真菌群落β-多样性(群落结构);草地退化改变了土壤细菌和真菌在OTU水平上的物种组成,土壤真菌OTU种类变化更为显著;草地退化没有影响土壤细菌在门水平上的群落组成,但改变了细菌在纲水平上的群落组成(如Acidimicrobiia、Betaproteobacteria、Chloroplast等);草地退化没有影响土壤真菌在门水平和纲水平上的群落组成。【结论】本研究发现植被退化后滇西北高寒草地土壤质量显著降低,寄居在土壤中的微生物群落丰度也显著降低、微生物群落结构明显改变。     

绿肥配施氮肥对岩溶区稻田土壤微生物群落的影响

绿肥参与耕作改制是土壤培肥及作物增产的有效措施,对土壤微生物群落结构及多样性的影响至关重要。【目的】研究绿肥配施氮肥对岩溶区稻田土壤微生物群落结构的影响,阐明微生物、土壤生态环境因子及作物产量的相互关系,为岩溶稻区绿肥替代氮肥提供理论依据和数据支撑。【方法】以典型岩溶稻田土壤为研究对象,设置冬闲+不施氮肥(CK)、冬闲+氮肥(N)、绿肥+不施氮肥(M)、绿肥+氮肥(MN) 4个处理,通过3年田间定位试验,对土壤微生物进行高通量测序,解析不同施肥处理对细菌和真菌群落的影响。【结果】与CK相比,MN处理显著提高了早稻产量,提升了土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,降低了速效磷含量。MN处理显著提高细菌群落丰富度及多样性,而真菌群落丰富度和多样性在MN处理有降低趋势。岩溶稻田土壤优势细菌类群主要为Chloroflexi、Proteobacteria和Acidobacteria等,优势真菌类群主要为Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota等。冗余分析(RDA)结果表明,土壤速效钾是影响土壤细菌群落组成的关键环境因子。共现网络分析结果表明,细菌-真菌群落交互关系主...     

不同填闲模式对黄瓜根际土壤酶活性及细菌群落的影响

以温室连作3年黄瓜土壤为研究对象,以黄瓜为主栽作物,以青葱、小麦、油菜为不同季节填闲作物设置盆栽试验,采用常规化学方法、PCR-DGGE及qPCR技术,研究不同填闲模式对黄瓜土壤酶活性及细菌群落的影响.结果表明: 随着种植茬次的增加,填闲小麦处理的土壤脲酶、中性磷酸酶及转化酶活性均显著高于填闲青葱和油菜处理,同时油菜处理显著高于青葱处理;不同填闲模式间黄瓜根际土壤细菌群落结构不同,冬季填闲青葱和夏季填闲小麦处理维持了相对较高的多样性指数.qPCR检测结果表明: 随着种植茬次的增加,小麦处理的土壤细菌数量显著高于青葱和油菜处理.综上,不同填闲模式对土壤酶活性和细菌群落均产生一定影响,改变了土壤环境,其中夏季填闲小麦能保持相对较高的土壤酶活性、土壤细菌群落结构多样性及细菌数量.
     

轮作与休闲对日光温室黄瓜连作土壤微生物和酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了不同作物轮作和休闲方式对日光温室黄瓜连作土壤微生物数量、酶活性及后茬黄瓜生长和产量的影响.结果表明： 与连作相比,轮作有利于改善土壤微生物结构,增加细菌和放线菌数量,减少真菌数量;轮作与休闲有利于提高土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.在不同作物轮作和休闲方式下,后茬黄瓜结果期的细菌、放线菌数量和土壤转化酶活性均呈先升后降趋势,在盛瓜期达到最大值;真菌数量随生育期延长而增加;脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性则随生育期延长而降低,在初瓜期最高.不同栽培模式下,以大葱-黄瓜轮作和糯玉米-黄瓜轮作的效果更佳,明显改善了后茬黄瓜的生长,提高了产量.     

间作不同作物对栀子根际土壤微生态的影响

【背景】栀子为多年生常绿灌木,经过连续多年种植会导致土壤微生态环境恶化、病虫害加剧、品质降低等问题。研究发现间作可以改善土壤微生物区系、土壤养分及酶活性,是生产中常用的有效栽培措施。【目的】通过对不同间作模式下栀子根际土壤微生物区系、酶活性及养分的动态变化进行研究,为揭示栽培措施改良土壤生态环境及提升栀子产量的土壤微生态学机理提供理论依据。【方法】为了解不同间作模式对栀子根际微生态的影响,本试验选择3年生栀子进行了大田试验,采用随机区组设计,设置栀子单作及栀子/白及、栀子/金钱草、栀子/射干3种间作处理,以栀子根际土壤为研究对象进行全生育期取样。采用Illumina高通量测序技术测定细菌16S rRNA基因V3-V4区序列及真菌rDNAITS1-ITS2区序列,并测定各时期土壤的理化性质,以明确栀子间作不同作物对其根际微生物群落及土壤理化性质随栀子生育期的动态变化。【结果】在栀子整个生育过程中,根际细菌群落中变形菌门和酸杆菌门的相对丰度分别为39%和18%,为细菌优势菌门。真菌群落中子囊菌门、担子菌门和被孢霉门相对丰度所占比例依次为51%、22%和19%,为主要真菌类群。在果实膨大期,与单作栀子相比,栀子/射干和栀子/白及可以显著增加土壤细菌群落Shannon指数,增幅分别为6.55%和3.45%(P0.05),其他时期差异不显著。盛花期,栀子/射干间作不会显著降低根际真菌的多样性,而与金钱草或白及间作则显著降低其多样性;果实膨大期,栀子/射干和栀子/白及间作均可以显著提高根际土壤真菌群落的Shannon指数,增幅分别为29.19%和9.12%。土壤养分方面,不同间作模式下根际土壤理化性质存在一定差异。单作栀子根际土壤仅有机质、全氮、速效磷的含量较高,而碱解氮、速效钾含量均低于3种间作处理。土壤酶方面,单作栀子除酸性蛋白酶外,其余几项土壤酶活性均处偏下水平。土壤理化性质与根际微生物多样性的相关性分析显示,细菌多样性指数Shannon与根际土壤有机质、速效磷含量呈显著正相关,与pH值呈极显著正相关(P0.01);真菌多样性指数Shannon与根际土壤全钾、脲酶、过氧化氢酶呈极显著负相关,与速效钾、蔗糖酶、酸性磷酸酶、酸性蛋白酶活性呈极显著正相关。【结论】合理间作可以改善根际微生物群落结构,同时提高土壤综合肥力。     

不同连作年限甜瓜种植土壤性质和微生物多样性

[背景]连作种植和化肥、农药过量施用导致设施甜瓜土壤质地恶化、病害严重,甜瓜产量和质量下降.[目的]明确甜瓜连作种植年限对土壤化学性质、土壤酶活性和微生物多样性的影响.[方法]以甜瓜种植1年、5年和10年的温室耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法、土壤酶活测定试剂盒、稀释涂布平板法和Illumina MiSeq高通量测...     

Effects of continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation on soil microbial community diversity

The diversity of soil microbial communities as affected by continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation were evaluated using community level physiological profiles (CLPP) and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis. The soils were selected from six cucumber cropping systems, which cover two cropping practices (rotation and continuous cropping) and a wide spectrum for cucumber cropping history under protected cultivation. Shannon–Weaver index and multivariate analysis were performed to characterize variations in soil microbial communities. Both CLPP and RAPD techniques demonstrated that cropping systems and plastic-greenhouse cultivation could considerably affect soil microbial functional diversity and DNA sequence diversity. The open-field soil had the highest Shannon–Weaver index (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD), whereas the lowest value occurred in the 7-year continuous protected cultivation soil (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD). The results demonstrated that continuous plastic-greenhouse cultivation and management can cause the reduction in the species diversity of the biota. Higher Shannon–Weaver index and coefficients of DNA sequence similarity were found in soils under rotation than those under continuous cropping. Cluster analysis also indicated that microbial community profiles of continuous cultivation soils were different from profiles of rotation soils. The reduction in diversity of microbial communities found in continuous cultivation soils as compared with rotation soils might be due to the differences in the quantity, quality and distribution of soil organic matter. Section Editor: D. E. Crowley     

辣椒连作对土壤细菌群落的影响

【目的】土壤微生物对农业生态系统的长期可持续性至关重要。为探讨不同连作年限对辣椒土壤细菌群落结构和潜在功能的影响。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序PICRUSt功能预测相结合的研究方法,对不同连作年限下(1Y、3Y、5Y和10Y)的辣椒土壤细菌微生物群落结构和功能进行分析。【结果】微生物多样性指数和共生网络复杂度随连作年限的延长而降低,同时,连作年限变化对细菌群落组成有显著影响。不同的土壤细菌种群对连作措施的响应程度不一,长期连作增加了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,但降低了绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和髌骨细菌门的相对丰度。PICRUSt功能预测结果表明,延长连作年限改变了土壤细菌整体的氮、磷代谢能力,导致细菌群预测功能基因发生了变化,能量代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等重要代谢功能基因减少,而折叠、分类和降解、复制和修复、膜转运、细胞生长与死亡等功能基因丰度明显增加。冗余分析表明,土壤有机质和有效磷是影响细菌群落迁移和功能变化的关键土壤理化因子。【结论】延长辣椒连作年限后,细菌群落结构改变和多样性下降导致土壤微生物群落功能失调可能是造成辣椒连作障碍的原因之一。     

小麦/玉米轮作田根际微生物多样性分析

[背景] 小麦/玉米轮作是中国粮食作物主要种植模式之一,目前对小麦/玉米轮作田根际土壤微生物差异变化缺乏全面的了解。[目的] 明确小麦/玉米根际土壤微生物差异变化并了解其潜在功能。[方法] 以小麦/玉米根际土壤为材料,运用细菌16S rRNA基因和真菌rDNA ITS基因测序,分析小麦/玉米根际土壤微生物多样性。[结果] 玉米季微生物丰富度高于小麦季,而多样性无明显差异。放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）为小麦季和玉米季根际土壤的优势细菌门,优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota）。小麦季和玉米季共有细菌和真菌分别是631个和261个,小麦季特有细菌和真菌分别是38个和58个,玉米季特有细菌和真菌分别是25个和39个。LEfSe分析（LDA阈值为2）细菌和真菌表明,放线菌纲（Actinobacteria）和微囊菌目（Microascales）在小麦季富集,鞘脂单胞菌目（Sphingomonadales）和银耳纲（Tremellomycetes）在玉米季富集。小麦季、玉米季微生物代谢功能不同,与小麦季相比,玉米季养分循环的代谢通路丰富度较高,而参与氧化应激的代谢通路丰富度较低。[结论] 该研究结果对指导小麦/玉米轮作田管理具有理论和实践意义。     

番茄连作青枯病不同发病时期的非根际土壤细菌群落变化特征

[目的]研究连作条件下番茄青枯病不同发病时期的非根际土壤微生物群落差异,明确土壤微生物对青枯病发病时期的响应机制。[方法]本研究对16S rRNA V4‒V5区进行实时荧光定量PCR和高通量测序,综合分析了连续种植第1、3、5和7季的发病高峰期和发病末期的番茄非根际土壤的病原菌数量、细菌群落多样性、群落组成、标志细菌类群和群落构建机制。[结果]发病高峰期的青枯菌数量(1.28×10⁷ copies/g)要高于发病末期(1.77×10⁶ copies/g)。随着连作时间的增加,发病时期对细菌群落多样性的影响逐渐增加。第3季和第5季不同发病时期之间的细菌群落alpha和beta多样性存在显著差异。LEfSe分析发现,番茄青枯病发病高峰期和发病末期的非根际土壤样品有其各自不同的标志细菌类群。此外,随连作时间的延长协助青枯菌致病的细菌逐渐累积。发病高峰期是微杆菌属(Microbacterium)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira)协助青枯菌致病,而在发病末期,则由鞘脂菌属(Sphingobium)、norank f norank o SBR1031和norank f Rhodothermaceae协助青枯菌致病。群落构建过程分析发现不同发病时期细菌群落均以随机过程的扩散限制为主,但细菌群落在发病高峰期比发病末期的同质化作用更强。[结论]本研究发现青枯病发病高峰期和发病末期的番茄非根际土壤的细菌群落多样性、组成和结构在第3季和第5季时存在显著差异。此外,细菌群落会随着连作时间发生动态变化,而这些变化可能与细菌群落构建机制相关联。研究结果加深了对连作条件下的番茄青枯病发展过程的认识,可为防治青枯病提供参考依据。     

Effect of host plant on susceptibility of whitefly Bemisia tabaci (Homoptera: Aleyrodidae) to the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana (Ascomycota: Hypocreales)

We determined host plant effect on susceptibility of whitefly Bemisia tabaci to the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana under controlled conditions. Insects were reared on cucumber, eggplant, tomato or cabbage. Fungal suspensions of 1×10⁴, 10⁵, 10⁶, 10⁷ and 10⁸ conidia/mL were applied on second-instar nymphs. Nymphal survival significantly differed among different host plant species on which the nymphs were reared. Ten days after inoculation with 1×10⁸ conidia/mL, percent survival was 4.2±0.7, 9.6±0.4, 13.4±0.8, and 24.3±0.9% on cucumber, eggplant, tomato and cabbage, respectively. Average survival times of nymphs were also significantly influenced by host plant species. After inoculation with 1×10⁸ conidia/mL, survival times were 4.8±0.15, 6.0±0.11, 5.7±0.13, and 6.2±0.08 days for nymphs reared on cucumber, eggplant, tomato, and cabbage, respectively. Virulence also differed depending on host plant species; 10 days after inoculation, LC₅₀ values were 4.6×10⁴, 1.6×10⁵, 4.2×10⁵ and 2.1×10⁶ conidia/mL on cucumber, eggplant, tomato and cabbage, respectively. Nymphs on cucumber showed highest susceptibility.     

轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响

细菌是土壤最重要的组成部分,土壤细菌的群落结构对土壤的健康至关重要,可以直接影响植物的生长。胡萝卜的长年连作导致其产量低、质量差等一系列问题的发生,连作问题已成为不可忽视的问题。本研究通过HiSeq PE250高通量测序和生物信息学方法获得了玉米胡萝卜轮作种植和胡萝卜连作种植中胡萝卜根际和非根际土壤细菌的组成结构。研究结果表明,相较于胡萝卜连作,玉米胡萝卜轮作种植改变了胡萝卜根际土壤细菌的组成和群落多样性。RM.M (玉米胡萝卜轮作根际土壤样品)样品中的优势菌门为放线菌门和厚壁菌门,RM.R (胡萝卜连作根际土壤样品)的优势菌门是变形菌门;有益菌如芽孢杆菌属和根瘤菌属在玉米胡萝卜轮作种植中的胡萝卜根际富集。RM.M与RM.R的细菌类群差异显著,群落多样性较低;NRM.M(玉米胡萝卜轮作非根际土壤样品)和NRM.R (胡萝卜连作非根际土壤样)的细菌类群差异不明显,群落多样性较高。与连作根际土壤相比,轮作根际土壤中有益菌的相对丰度较大,细菌相对丰度明显增加。本研究结果对通过调节根际土壤细菌组成来保证胡萝卜产量和质量的稳定,解决连作问题具有重要的意义。