高通量测序解析微生物肥料对红壤有机农田 土壤微生物群落的影响

高通量测序技术可用于精确分析土壤微生物群落,从微生物群落结构和多样性的角度阐释微生物肥料对有机农田根区土壤微生物群落的影响。在红壤有机农田轮作种植条件下,施用微生物肥料后利用Illumina MiSeq高通量测序技术结合相关生物信息学分析土壤细菌和真菌的多样性指数及群落结构。结果表明,从6个有机农田根区土壤样本中获得7 729个细菌分类操作单元(operational taxonomic units,简称OTU)和3 271个真菌OTU,细菌和真菌文库测序覆盖率均在99%以上。微生物肥料会显著降低土壤细菌和真菌种群多样性,且可在一定程度上降低细菌群落丰富度,显著降低真菌群落丰富度;并减少根区土壤特有细菌和真菌物种数量。放线菌门、变形菌门和酸杆菌门是优势细菌,子囊菌门是优势真菌;微生物肥料会提高放线菌门、变形菌门、厚壁菌门和担子菌门的相对丰度,分别比对照组提高29. 46%、9. 17%、129. 33%、165. 73%;但会降低酸杆菌门、绿弯菌门、子囊菌门、接合菌门的相对丰度,分别比对照组降低30. 14%、33. 50%、17. 27%、86. 33%。因此,施用微生物肥料可改变红壤有机农田根区土壤细菌和真菌的丰富度和多样性,有助于控制作物病害发生。     

麻地膜覆盖对番茄根际土壤微生物群落结构的影响

地膜覆盖对农田土壤肥力保持和农作物增产等方面具有重要作用,本研究旨在探究可降解麻地膜对作物根际土壤微生物群落组成和多样性的影响,分析土壤微生物群落与土壤环境因子之间的相关关系。本研究以番茄成熟期根际土壤为研究对象,通过高通量测序技术,对麻地膜和塑料地膜处理下番茄根际土壤细菌和真菌微生物群落组成及多样性进行分析,进一步分析土壤环境因子与微生物群落的相关性。结果表明,麻地膜处理对土壤水解氮、有效磷和速效钾没有显著影响,而塑料地膜处理显著降低了水解氮、有机磷和速效钾含量。覆膜处理未显著影响土壤细菌多样性,麻地膜处理显著增加了土壤节细菌属、糖霉菌属和鞘脂菌属等与土壤碳降解相关细菌的相对丰度,促进了土壤碳循环过程;塑料地膜显著降低了节细菌属、伯克霍尔德菌属和丰佑菌属等有益细菌的相对丰度。覆膜处理显著增加了土壤真菌多样性,麻地膜和塑料地膜处理均显著降低了镰刀菌属的相对丰度;而麻地膜处理显著增加了支顶孢属等抑菌真菌的相对丰度,抑制了土壤中病原真菌的繁殖。土壤速效钾是影响土壤细菌和真菌群落组成最主要的环境因子。麻地膜可以增加土壤酶活性,改善土壤细菌和真菌群落组成,改善土壤健康。     

茶园阴坡和阳坡土壤微生物群落结构与土壤理化因子的关系

采用Illumina MiSeq高通量测序技术探究茶园阴坡和阳坡土壤细菌、真菌群落结构特点,并开展土壤理化因子对土壤细菌、真菌群落结构的影响分析。结果表明,茶园阴坡土壤细菌和真菌分类操作单元数量均高于阳坡。在门分类水平上,阴坡土壤中相对丰度最高的细菌门为酸杆菌门,阳坡为变形菌门,而阴坡和阳坡土壤中相对丰度最高的真菌门均为子囊菌门,相对丰度均超过55.00%;在目分类水平上,茶园阴坡和阳坡土壤相对丰度最高的细菌、真菌均不同。物种多样性分析结果显示,阴坡和阳坡茶园土壤间细菌和真菌物种多样性和物种相对丰度均无显著差异。阴坡和阳坡富集的细菌不同,而富集的真菌较为相似。冗余分析结果显示,细菌受土壤因子的影响大于真菌,且土壤速效磷含量是影响土壤细菌和真菌群落最主要的环境因子。     

不同施肥处理对有机种植土壤微生物区系的影响

在有机种植条件下,基于高通量测序分析复合微生物肥及有机肥的施用对有机冬瓜根区土壤微生物区系的影响,结合土壤化学性质及酶活性、有机冬瓜果实品质作相关分析。结果显示,复合微生物肥的施用显著降低土壤真菌群落丰富度,施用有机肥提高真菌群落丰富度,二者均提高土壤真菌、细菌种群多样性;根区土壤中变形菌门、厚壁菌门和放线菌门是优势细菌,子囊菌门是优势真菌;复合微生物肥和有机肥的施用均降低厚壁菌门和芽孢杆菌科的相对丰度,施用复合微生物肥提高结合菌门的相对丰度,降低毛壳菌科和肉座菌科的相对丰度,施用有机肥则相反。施肥显著提高土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性;显著提高冬瓜总氨基酸含量,显著降低可溶性固形物含量。因此,施用复合微生物肥及有机肥可改变有机冬瓜根区土壤微生物的丰富度、多样性及群落结构,提高土壤酶活性,改善有机冬瓜品质。     

基于高通量测序的有机种植蔬菜地土壤微生物多样性分析

【目的】从微生物角度探究有机种植方式的优越性,揭示影响微生物群落多样性的环境因子,为建立合理的种植制度提供理论依据。【方法】以有机种植与常规种植方式的0~15和15~30 cm土壤为研究对象,采用高通量测序技术分析土壤微生物群落结构的差异,基于db RDA分析明确影响微生物群落结构的关键土壤环境因子。【结果】2种种植方式下土壤微生物的丰富度指数和多样性指数均以细菌高于真菌。有机种植表层0~15 cm土壤细菌和真菌群落的多样性、丰富度和物种的均匀度均较高,且与其他土层有显著差异(P<0.05,下同)。2种种植方式均表现为细菌以变形菌门、真菌以子囊菌门为优势菌门。有机种植方式显著提高细菌群落中放线菌门和绿弯菌门、真菌群落中担子菌门和球囊菌门的相对丰度,其中15~30 cm土层中放线菌门的相对丰度显著高于0~15 cm,而真菌2个菌门的相对丰度在不同土层间未表现出明显差别;常规种植则明显增加细菌中变形菌门和酸杆菌门及真菌中被胞菌门、壶菌门和捕虫霉门的相对丰度。有机种植能增加土壤中Haliangium和Mortierella等有益微生物类群的数量,常规种植则显著提升土传病害致病菌Ralstonia及植物病原菌Fusarium、Colletotrichum的数量和丰度。dbRDA分析表明,土壤环境因子对细菌群落的影响依次为全氮>全磷>有机质>pH>全钾,土壤环境因子对真菌群落的影响依次为全氮>全磷>pH>有机质>全钾。pH、有机质、全氮和全磷是显著影响土壤微生物群落结构的关键因子。【结论】不同土层起核心作用的微生物群落存在明显差异;有机种植能增加土壤中有益微生物菌群的丰度,降低土传病害及致病微生物的丰度。土壤全氮、全磷、有机质和p H是影响微生物群落结构的主要驱动因子。     

草莓不同生育期根际微生物的动态变化

【目的】为消除草莓连作导致的土传病害,保证土壤生态环境的良性循环。【方法】采用Illumina Miseq高通量测序技术研究了草莓(红颜)恢复生长期、现蕾期、开花和结果期以及盛果期5个生育期根际微生物群体的动态变化。【结果】结果表明:随着草莓生育期的变化,草莓根际土壤细菌和真菌群落丰富度和多样性及主要种群相对丰度均发生了显著变化。细菌丰富度随生育期的变化而逐渐上升,细菌群落多样性在恢复生长期、开花和结果期时下降,在现蕾期、盛果期和生长末期时上升。真菌丰富度和多样性均在现蕾期时显著升高。草莓各生育期根际土壤中细菌相对丰度较高的有变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),Pseudomonas为整个生育期的优势菌属。变形菌门的相对丰度随着草莓的生长发育而逐渐升高,酸杆菌门的相对丰度随草莓生育期的延长出现不同程度的下降。真菌相对丰度最高的是子囊菌门(Ascomycota),Chaetomium为真菌的优势菌属。子囊菌门相对丰度在恢复生长期和现蕾期下降,开花和结果期上升,盛果期和生长末期又下降,尤其在现蕾期时相对丰度显著下降。【结论】根际微生物随草莓生育期的变化而显著变化,现蕾期时微生物群落丰富度和多样性最高。Pseudomonas和Chaetomium在草莓整个生育期内均属于优势菌属。     

古油松下地被及其对土壤细菌群落多样性的影响

[目的]为调查古树油松下地被状况并研究不同地被状况对土壤细菌群落结构及群落多样性的影响,[方法]对北京香山公园内古树油松下地被植物种类进行调查,分析地被植物特征,同时采用高通量测序技术对不同地被状况的古树油松下土壤细菌进行16S rRNA基因测序分析.[结果]春季古树油松下地被植物中,出现频率最高的为:抱茎苦荬菜、短尾铁线莲、求米草、胡枝子、菊花脑.夏季古树油松下地被植物中,出现频率最高的为:狗尾草、求米草、菊花脑、胡枝子、薹草和铁苋菜.[结论]不同地被状况的土壤在四项Alpha多样性指数上差异不显著,野生地被土壤的菌种丰富度最高,人工地被土壤的细菌群落多样性最高,三种地被状况的土壤样品中优势菌群均为酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria),最大相对丰度为酸杆菌门.     

短期不同耕作方式对水稻根际土壤细菌群落结构多样性的影响

[目的]研究短期不同耕作方式对水稻根际土壤细菌群落结构多样性的影响,为阐释耕作对稻田土壤微生物多样性的形成机制提供科学依据.[方法]以旋耕、免耕和粉垄3种不同耕作方式下的水稻根际土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析不同耕作方式下水稻根际土壤细菌群落多样性特征及其与土壤理化因子的关系.[结果]旋耕、免耕和粉垄处理文库覆盖率均较高,分别为98.96%、98.93%和99.04%.Alpha多样性分析结果显示,粉垄处理水稻根际土壤细菌群落多样性Shannon指数显著高于免耕处理(P<0.05,下同).旋耕、免耕和粉垄处理分别获得2747、2734和2813个OTUs,处理间无显著差异(P>0.05).各样本共检测到细菌类群206个种,隶属于47门48纲85目134科217属.物种群落组成分析表明变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和硝化螺旋菌门是水稻根际土壤细菌主要优势菌群,共占比69.96%~73.51%;不同耕作处理水稻根际土壤细菌群落结构差异主要表现在菌群的相对丰度上,变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、放线菌门和绿菌门的相对丰度在3种耕作方式间差异显著.旋耕和免耕处理间OTU水平相似性较高.主成分分析结果显示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)菌群结构的差异性贡献率分别为43.15%和23.79%,细菌群落结构表现为粉垄处理受PC1影响明显、旋耕和免耕处理受PC2影响明显.冗余分析结果表明前2个排序轴共解释69.09%细菌群落变化;速效磷、碱解氮和pH是影响细菌群落的重要因子,与变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、放线菌门和绿菌门的群落分布显著相关.[结论]短期不同耕作方式可在一定程度上改变稻田土壤细菌群落多样性,不同耕作方式间的差异主要体现在细菌群落相对丰度上;土壤速效磷、碱解氮和pH是影响水稻根际土壤细菌群落分布的重要因素.从土壤微生物群落形成角度考虑,粉垄栽培优于旋耕和免耕.     

余干辣椒连作对土壤理化性质及微生物多样性的影响

【目的】探究连作对余干辣椒产量、品质、土壤理化性质和土壤微生物多样性的影响。【方法】以余干辣椒为试材,比较连作对土壤微生物群落、土壤养分及余干辣椒的产量和品质变化,分析连作对余干辣椒土壤微生物多样性的影响。【结果】连作导致土壤真菌数量显著增加,B/F比值下降,土壤逐渐转变为真菌型土壤。连作导致余干辣椒果实纵径显著下降,降低单果重,进而降低单株产量,小区减产效应显著。连作提高了果实辣椒素、可溶性糖含量和降低了维生素C含量,但对余干辣椒品质变化不显著。基于Illumina HiSeq高通量测序分析,连作导致真菌群落的丰富度提高,多样性下降。微生物群落结构分析,连作显著提高子囊菌门的相对丰度,降低了球囊菌门、担子菌门的相对丰度,同时提高了优势真菌Fusarium、降低了优势细菌Sphingomonas、Gemmatimonas相对丰度。这可能是余干辣椒连作导致的土壤微生物群落恶变的直接原因。【结论】连作两年使余干辣椒减产严重,对品质变化的影响不显著。土壤有害菌Ascomycota、Fusarium的相对丰度提高导致连作余干辣椒土壤微生物群落变恶。     

白芍根腐病病株与健株根际土壤微生物群落及酶活性变化

【目的】研究白芍根腐病病株和健株土壤根际微生物群落结构变化以及土壤环境因子、微生物群落与白芍根腐病之间的关系,为白芍根腐病的防治提供理论依据。【方法】采用野外调查研究方法,利用Illumina MiSeq高通量测序技术对白芍健株和病株的根际土壤微生物多样性进行测序,并对土壤养分及酶活性进行分析。【结果】与白芍健株相比,病株根际土壤有机质含量显著增加,速效钾含量显著降低,土壤碱性磷酸酶、过氧化物酶显著增加。病株根际土壤细菌丰富度和多样性减少,真菌丰富度和多样性增加。病株根际土壤细菌群落中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)、Sumerlaeota的相对丰度显著高于健株,绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteriota)、Ethylomirabilota、厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度显著下降。鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、Chthoniobacter、Subgroup7、Saccharimonadales在病株根际土壤中的相对丰度高于健康植株。病株根际土壤真菌群落中子囊菌门(Ascomycot...