大豆连作根际土壤微生物群落构建特征

研究连作对大豆根际土壤中细菌、真菌群落组成、构建的影响,为大豆连作障碍的生物防治和农田土壤修复提供理论支持。试验于2021-2022年在沈阳农业大学铁西区定位试验站进行,试验站土壤类型为棕壤土。以玉米-大豆轮作(对照)和大豆连作根际土壤为研究对象,利用16SrDNA、ITS高通量测序技术,结合土壤化学性质和土壤酶活性测定,分析连作对大豆土壤化学性质、酶活性以及根际微生物多样性、群落构建特征的影响。结果表明:连作下,土壤全氮、全磷、全钾等土壤化学性质指标含量下降,速效钾、pH值升高;连作显著提高土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性,显著降低土壤脲酶、亮氨酸氨肽酶活性和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性。土壤细菌多样性指数连作处理(4.63)低于轮作处理(5.34),细菌属水平下,连作增加鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)和卡氏伯克霍尔德菌属(Burkholderia,LRR:1.4%;LCR:2.4%)相对丰度;土壤真菌多样性指数连作处理低于轮作处理,真菌属水平下,连作增加病原真菌镰刀菌属(Fusarium,LCR:20.5%;LRR:13.2%)相对丰度。在群落组装过程中,大豆连作根际土壤...     

连作、轮作对谷子根际细菌群落结构的影响

为探明谷子连作与轮作对土壤细菌群落组成的影响,利用高通量测序技术,结合土壤理化性质及酶活性,比较分析了撂荒地、玉米-谷子轮作、谷子连作2、3 a和5 a土壤细菌群落组成多样性。结果表明：谷子连作与轮作土壤均为碱性,pH为8.26~8.49,碱解氮、有机质、脲酶活性表现为轮作地最高,连作2 a开始降低,连作3 a达最低值,连作5 a又开始回升,速效钾、多酚氧化酶、过氧化氢酶以及蔗糖酶活性均是连作土壤高于轮作土壤。谷子连作与轮作土壤细菌在门水平上群落组成比较固定,但不同物种的丰度差异较大;菌群分析发现放线菌门、变形菌门以及酸杆菌门是谷子根际土壤优势菌群;菌群相对丰度在轮作土壤中高于连作土壤的有：变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门以及硝化螺旋菌门,低于连作土壤的有己科河菌门和绿弯菌门;Alpha多样性分析显示各组间菌群差异不显著,Beta多样性分析则显示连作、玉米-谷子轮作地和撂荒地土壤菌群分布差异较大;冗余分析（RDA）表明鞘氨醇单胞菌与pH、有效磷、碱解氮和有机质呈正相关,类诺卡氏菌与pH、有效磷、碱解氮、有机质、脲酶和过氧化氢酶呈正相关,轮作、连作、撂荒地组间根际土壤优势菌存在差异,LEfSe分析确定了谷子根际土壤特定标志物,其中轮作地的优势菌群为鞘氨醇单胞菌和类诺卡氏菌,3 a连作地的优势菌群为土壤红杆菌。综上所述,谷子连作土壤与轮作土壤相比,细菌的ASVs丰度减少,细菌群落分布差异较大;随着谷子连作年限增加,土壤养分呈先下降后上升趋势。     

不同栽培模式对辣椒根际连作土壤微生物区系和酶活性的影响

以连作3年辣椒、大蒜-辣椒轮作、玉米-辣椒间作根际土壤为研究对象,探讨了大蒜-辣椒轮作和玉米-辣椒间作处理对连作辣椒土壤微生物群落和酶活性的影响,以期为缓解辣椒连作障碍提供理论依据。结果表明,与连作3年辣椒土壤相比,轮间作处理的土壤过氧化氢酶、脲酶活性显著提高,细菌、放线菌数量显著增加,真菌数量显著减少(P<0.05)。高通量测序结果表明,轮间作处理土壤微生物群落结构组成相似,但与连作3年土壤微生物结构差异较大,供试土壤中细菌优势种群为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria),并且酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidete)、浮霉菌门(Planctomycetes)和黄单孢菌目(Xanthomonada)在不同处理土壤中相对丰度差异显著;真菌优势种群为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota),其中镰刀菌属(Fusarium)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、接合菌门(Zygomycota)在不同处理土壤中相对丰度差异显著(P<0.05)。此外,轮间作处理能够显著降低潜在病原菌的相对丰度并提高潜在有益菌丰度,从而改善土壤微生物结构,同时显著提高了土壤酶活性和土壤细菌群落多样性。     

不同连作年限菊花根际土壤微生物多样性变化特征

为揭示连作菊花根际土壤微生物群落结构和多样性变化特征,以不同连作年限菊花根际土壤为试验材料,采用高通量测序技术(Illumina-MiSeq)和生物信息学方法,分析无连作(CK)、连作2年(2a)、连作9年(9a)菊花根际土壤细菌和真菌的丰富度、多样性指数和群落结构,以期为菊花连作障碍防控提供理论支撑。结果表明,2a、9a根际土壤细菌数量和多样性较CK显著(P<0.05)增加,2a和9a的群落结构相似,共有OTU(operational taxonomic unit)比例高。连作对菊花根际土壤真菌群落多样性和丰度影响较小,但对真菌群落组成影响显著,2a、9a根际土壤真菌接合菌门、担子菌门和被孢霉属等群落丰度减少,明梭孢属、镰刀菌属、土赤壳菌等群落丰度增加。菊花连作会显著增加其根际土壤细菌数量和多样性,显著影响真菌群落结构组成。     

不同年限苜蓿根际土壤细菌群落的多样性

为研究不同年限苜蓿根际土壤细菌群落多样性及群落结构变化,选取了0、4年苜蓿的根际土壤,采用高通量基因测序技术研究其细菌构成。结果表明,4年苜蓿根际土壤中细菌分类单元(OTU)和多样性指数高于0年苜蓿,苜蓿连作会改变细菌群落数量及结构。通过主坐标分析(PCoA)及热图分析发现,不同年限苜蓿细菌群落差异性较大,连作后酸杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门和绿弯菌门细菌群落丰度提高,变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门细菌群落相对丰度降低。     

不同种植制度下烤烟根际土壤微生物群落结构的变化

为解决烤烟连作带来的减产降质、促进烤烟生产的可持续健康发展,研究了不同种植制度下烤烟根际土壤微生物群落的结构变化。结果表明：对于细菌群落结构,连作2a和5a细菌群落结构相似性高,与大豆-玉米-烤烟和玉米-大豆-烤烟根际细菌微生物群落差异大,而大豆-小麦-烤烟根际细菌群落结构处于中间位置。对于真菌群落结构,大豆-小麦-烤烟、大豆-玉米-烤烟和玉米-大豆-烤烟的根际真菌群落结构相似性高,连作2a和5a烟草根际真菌群落结构发生改变,且以连作5a处理的变化为大。说明连作烤烟根际微生物群落结构,特别是根际真菌群落结构改变可能在烟草连作障碍发生中起到重要的作用。     

蚕豆间作栽培对连作马铃薯根际土壤微生物的影响

为探讨蚕豆间作栽培对连作马铃薯根际土壤微生物群落的影响,采用单因素随机区组设计,对不同连作年限(2年、6年、10年)下单作、间作马铃薯根际土壤微生物群落结构、功能进行了研究.结果表明,马铃薯、蚕豆间作下根际土壤真菌、细菌群落数量减少,真菌、细菌占总群落数量的比值低于单作;但间作栽培影响了土壤微生物功能多样性指数.在连作6年和10年时,间作较单作处理马铃薯根际土壤微生物的香浓指数分别提高了1.11%、8.02%;间作栽培增强了土壤微生物群落对碳源的利用能力,与马铃薯连续2年、10年单作相比,间作蚕豆处理下马铃薯根际土壤微生物群落对多聚化合物、碳水化合物的利用能力显著提升,分别提高了135.65%、8.22%和58.32%、19.62%.T-RFLP分析共检测到土壤细菌14门20纲,间作蚕豆栽培降低了马铃薯根际β-变形菌纲比例,提高了鞘氨醇菌纲、芽孢杆菌纲比例.随连作年限的增加,间作蚕豆栽培明显改变了连作马铃薯根际土壤微生物群落结构及功能.     

煤矸石复垦区玉米根际与非根际土壤细菌群落对覆土厚度的响应

为了解煤矸石填埋区复垦土壤细菌群落对覆土厚度的响应机制,以山西省屯兰矿区不同覆土厚度下(40、80、120 cm)玉米根际与非根际土壤样品为试验材料,对土壤细菌V3-V4区进行高通量测序,分析细菌群落群落结构、多样性及其与土壤养分的相关性。研究结果表明,不同覆土厚度下玉米根际细菌扩增序列变体(ASV)数量均高于非根际土壤,80 cm覆土厚度下根际与非根际土壤中细菌的ASV数量最多;放线菌门和变形菌门为该复垦区各覆土厚度下的玉米根际与非根际土壤中的优势细菌门,溶杆菌属、分枝杆菌属、类诺卡式属和67-14属为优势细菌属。覆土厚度可以改变玉米根际与非根际土壤中的细菌群落结构及其多样性。覆土80 cm为该复垦区较为适宜的覆土厚度,该覆土厚度不仅能够提高玉米根际放线菌门、类诺卡式属的相对丰度,增加非根际土壤中变形菌门67-14属的相对丰度,而且可以增加复垦土壤中的细菌群落的物种多样性和均一度指数,土壤速效钾、有效磷和有机质含量是驱动土壤细菌群落物种多样性变化的主要养分因子。     

Cd胁迫对马铃薯根际土壤细菌群落组成及多样性的影响

为揭示Cd胁迫下马铃薯根际土壤细菌群落结构差异及根际细菌对Cd胁迫的响应特征,并为深入研究马铃薯根际土壤细菌与耐Cd性之间的关系提供理论基础,应用高通量测序技术对不同含量(0、10、50、100 mg/kg)Cd胁迫下马铃薯根际土壤细菌多样性和群落结构进行研究。结果表明,Cd含量为100 mg/kg时,马铃薯根际土壤细菌多样性最低;Cd含量为10 mg/kg时,马铃薯根际土壤细菌多样性最高。在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)为优势菌门,占比为37.78%～48.28%;在属水平上,水恒杆菌属(Mizugakiibacter)为优势菌属,占比为9.16%～20.44%。主成分分析表明,马铃薯根际土壤细菌受Cd胁迫后,其群落结构与对照具有明显差异。利用相关性分析得到3个对Cd具有耐性的细菌菌属,分别是苔藓杆菌属(Bryobacter)、Flexivirga和Jatrophihabitans。     

间作作物种间相互作用对土壤细菌群落的影响

为揭示作物种植模式对土壤细菌群落组成及功能的影响机制,利用田间定位试验,基于宏基因测序方法,开展连续单作马铃薯(P)、单作玉米(M)、间作马铃薯(IP)、间作玉米(IM)根际土壤细菌群落组成和功能差异研究,分析土壤细菌群落结构、功能与土壤理化性状、间作作物产量间的相互关系。结果表明：与对应单作处理相比,玉米、马铃薯间作整体上具有产量优势。土壤变形菌门、放线菌门和浮霉菌门为不同处理下细菌群落的优势菌群;属分类水平上链霉菌属、慢生根瘤菌属、鞘脂单胞菌属、伍氏束缚菌属、伯克氏菌属、藤黄色杆菌属为优势菌属。马铃薯单作及间作处理下根际土壤鞘脂单胞菌属相对丰度均极显著高于玉米处理(P<0.01)。通过KEGG数据库不同功能层的功能预测表明,不同处理得到455个三级功能类别和9 636个四级类别,其中参与C、N循环的通路数最多。相关性分析表明,土壤含水量(SOW)、土壤呼吸强度(RI)和速效磷(AP)对根际土壤细菌群落组成及功能代谢具有积极影响;SOW、RI和AP与功能类别中K01990和K06147均有显著或极显著相关性。连续6 a马铃薯、玉米间作及单作下作物根际土壤细菌群落组成和功能的变化...     

谷子秸秆雨水淋溶物对其根围土壤细菌多样性的化感效应

为了解谷子秸秆雨水淋溶物对土壤细菌的群落组成及其生态功能的影响。采用随机区组设计,在谷子苗期于垄间覆盖不同质量和长度的秸秆,灌浆期中雨后5 d采集根围土壤,利用16S rRNA扩增子测序技术,分析谷子秸秆雨水淋溶物对其根围土壤的细菌种群丰度和多样性的化感效应。土壤细菌Alpha多样性分析表明:当5 cm的秸秆覆盖2 000 kg/hm²和1 cm的秸秆覆盖4 000 kg/hm²时,能使土壤细菌群落丰富度维持在较高水平,同时保证细菌的多样性较高和均匀度较好。物种聚类分析和主成分分析表明:5 cm的秸秆覆盖2 000 kg/hm²和1 cm的秸秆覆盖4 000 kg/hm²时土壤细菌群落组成优势属差异较大,但其群落结构比较稳定。初步分析KEGG丰度热图发现:秸秆覆盖量为4 000 kg/hm²且秸秆长度为1 cm时产生的雨水淋溶物不仅显著降低了多种与碳水化物代谢、氨基酸代谢和能量代谢的酶基因相对丰度,减少了土壤中与碳代谢及氮代谢有关的细菌类群,抑制了土壤细菌对碳源利用能力以及土壤碳、氮代谢,还降低了钛、镍元素转运相关的酶基因丰度,抑制了土壤中微量元素钛和有益元素镍的利用。综上,谷子秸秆的雨水淋溶物可以改善土壤细菌群落结构丰富度及多样性,2 000 kg/hm²,长度为5 cm的谷子秸秆覆盖产生的雨水淋溶物相比其他处理的化感促进效果较好,且4 000 kg/hm²,长度为1 cm谷子秸秆覆盖产生的雨水淋溶物对碳水化物代谢、氨基酸代谢和能量代谢通路上的相关基因表达化感抑制效果较为显著。     

棚室茄子不同栽培方式对土壤微生物多样性的影响

棚室茄子栽培易出现连作障碍,致使土传病害严重,产量下降。试验选取芥菜、油菜两种十字花科作物与茄子轮作,旨在探讨轮作模式对棚室茄子栽培连作土壤微生物多样性及群落结构影响。通过Mi Seq测序分析表明,茄子/油菜轮作处理土壤细菌丰度、茄子/芥菜轮作处理土壤细菌多样性显著高于连作处理。聚类分析表明,茄子/油菜轮作和茄子/芥菜轮作土壤细菌群落结构与茄子连作和农药熏蒸处理不同,两个轮作处理土壤中Flavobacteria等细菌为优势种,可改善根区土壤生态条件,促进作物生长。真菌多样性分析表明,两个轮作处理土壤中真菌多样性和丰度显著降低,Chaetomium等腐生真菌数量增多,有利于提高土壤有机质含量,改善连作土壤质量,研究可为缓解棚室茄子连作障碍提供新思路。     

Effect of long-term continuous cropping of strawberry on soil bacterial community structure and diversity

Long-term monoculture leads to continuous cropping (CC) problems, which complicate agricultural production, both locally and abroad. This study contrasted the different bacterial community compositions, physicochemical properties and enzyme activities of strawberry soil subjected to CC, CC rhizosphere (CCR), non-CC (NCC) and non-CC rhizosphere (NCCR) treatments. The soil physicochemical properties and enzyme activities were significantly reduced after long-term CC. In addition, five variation trends were observed for the 11 major bacterial genera in the soil. Sphingomonas was the only stable group among all treatments. The proportions of Novosphingobium, Rhodoplanes, Povalibacter, Cellvibrio and Stenotrophobacter decreased after CC. The relative abundances of Pelagibius, Thioprofundum and Allokutzneria increased only in the CC treatment. Nitrospira were more abundant in rhizosphere soil than in non-rhizosphere soil. The relative abundance of Bacillus increased after CC. Redundancy analysis revealed that Bacillus, Pelagibius and Allokutzneria had significant negative correlations with the soil physicochemical properties and enzyme activities. Therefore, these genera may be the key bacteria influenced by the physicochemical properties and enzyme activities altered by replanting. These results indicate that long-term CC of strawberry leads to less favourable rhizosphere soil conditions, which can be understood as a stress-induced response of the bacterial community diversity. Further research is needed to determine how the quality of soil is reduced by the shift in the diversity of the soil bacterial community.     

不同种植模式对青稞根际土壤微生物群落结构的影响

采用Illumina MiSeq高通量测序技术,对6种种植模式下青稞根际土壤的16S rDNA和18S rDNA基因相关区片段进行测序,研究根际土壤细、真菌群落结构的变化,并结合土壤理化性质,分析环境因子与群落结构的关系,从根际土壤微生物生态系统的角度解析青稞连作障碍的发生机制。6种种植模式中,土壤有机质和全氮含量WHD模式最高,全磷含量YC模式最高,全钾含量MLS模式最高,pH均为碱性;3种连作模式下,随着连作年限的增长,土壤有机质、全氮和全钾逐年降低,全磷显著升高。6种种植模式下,细菌和真菌群落Alpha多样性指数和覆盖度没有显著差异,与连作相比,WHD和MLS模式可显著提高细菌群落的Shannon指数、ACE指数和Chao1指数;与混作、轮作相比,连作显著提高真菌群落的Shannon指数和ACE指数,但Chao1指数差异不显著;连作使细菌群落Alpha多样性减小,真菌群落Alpha多样性增加。6种种植模式下,genus水平群落结构表现为连作使青稞根际土壤中微生物区系发生较大改变,导致有害菌群丰度增加,有益菌群数量减少,尤其是真菌菌群发生较大改变,而轮、混作模式使优势菌群及新种数量明显增加。细菌、真菌群落PCoA分析结果表明,微生物群落在6种种植模式间变异较小且未发生明显分化,PC1、PC2的总解释能力均大于80%,表明有显著主导因子。细菌、真菌群落与土壤理化性质关系显示,土壤有机质、全氮与提高WDH、QKA模式下的细菌群落多样性呈正相关,而pH、有机质、全氮与提高WDH、YC、QKB模式下的真菌群落多样性呈正相关。表明,与连作相比,WDH和MLS模式可改善土壤理化性质,提高根际细菌群落结构多样性及微生物群落组成,是缓解青稞连作障碍的可能途径,可为青稞连作障碍修复措施的制定提供科学依据。     

甘蓝、菜豆和玉米不同轮作组合对淡褐土细菌群落和作物产量的影响

为研究不同连作、轮作组合对土壤细菌群落和作物产量的影响,选择北方旱地常见种植作物甘蓝(C)、菜豆(B)和玉米(M),以3种作物轮作下甘蓝-玉米-甘蓝(CMC)、菜豆-玉米-甘蓝(BMC)、甘蓝-甘蓝-甘蓝(CCC)、甘蓝-玉米-菜豆(CMB)、菜豆-玉米-菜豆(BMB)、菜豆-菜豆-菜豆(BBB)、甘蓝-甘蓝-玉米(CCM)、甘蓝-菜豆-玉米(CBM)、菜豆-菜豆-玉米(BBM)、菜豆-甘蓝-玉米(BCM)共10种轮作组合为对象,利用IlluminaHiSeq高通量测序平台,基于16S rRNA基因序列扩增子测序,研究10种轮作模式下耕层土壤细菌群落结构和多样性的变化,分析其不同变化对作物产量的影响。结果表明:各处理间细菌OTU数目差异较小,丰富度间没有差异;前茬种植作物为甘蓝时,CCC处理特有OTU数为2,BMC处理特有OTU数为1;前茬种植作物为菜豆时,BBB处理无特有OTU,CMB处理轮作特有OTU数为1;前茬种植作物为玉米时,CCM、CBM、BCM处理均有1个特有OTU。BCM处理的土壤细菌丰富度指数(Ace指数和Chao1指数)显著低于CCC处理,但CCC、BCM处理与其余处理间无显著差异;与CCC处理相比,BCM处理的Ace指数降低了2.6%,Chao1指数降低了2.5%。CMC、BMC、CCC、BMB、CCM、BBM处理的土壤细菌多样性指数(Shannon指数)较CBM处理显著提高了3.3%~3.6%。与连作相比,CBM处理土壤细菌相对丰度和群落结构变化最大,BCM处理次之;与CCC处理相比,轮作能够降低土壤细菌丰富度和土壤细菌多样性。CMB和BMB处理细菌优势门(相对丰度>10%)为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes),其余处理细菌优势门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门(Firmicutes);各处理相对丰度最大的门是变形菌门(25.0%~31.1%)。与连作相比,CBM处理显著降低酸杆菌门、绿弯菌门、放线菌门相对丰度,显著提高拟杆菌门相对丰度。属水平相对丰度聚类热图显示,CMC、BBB、CCM处理与BMC、BBM、BCM处理土壤细菌群落相似性较高,CCC、CMB、BMB处理与CMC、BMC、BBB、CCM、BBM、BCM处理群落相似性次之,CBM处理与其余9种处理细菌群落差异最大。前茬种植作物相同时,各处理产量均无显著差异,其中CMC、BMB、BBM处理产量最高。综合而言,菜豆-菜豆-玉米为最优轮作组合。     

A comprehensive analysis of the response of the fungal community structure to long-term continuous cropping in three typical upland crops

Certain agricultural management practices are known to affect the soil microbial community structure; however, knowledge of the response of the fungal community structure to the long-term continuous cropping and rotation of soybean, maize and wheat in the same agroecosystem is limited. We assessed the fungal abundance, composition and diversity among soybean rotation, maize rotation and wheat rotation systems and among long-term continuous cropping systems of soybean, maize and wheat as the effect of crop types on fungal community structure. We compared these fungal parameters of same crop between long-term crop rotation and continuous cropping systems as the effect of cropping systems on fungal community structure. The fungal abundance and composition were measured by quantitative real-time PCR and Illumina MiSeq sequencing. The results revealed that long-term continuous soybean cropping increased the soil fungal abundance compared with soybean rotation, and the fungal abundance was decreased in long-term continuous maize cropping compared with maize rotation. The long-term continuous soybean cropping also exhibited increased soil fungal diversity. The variation in the fungal community structure among the three crops was greater than that between long-term continuous cropping and rotation cropping. Mortierella, Guehomyces and Alternaria were the most important contributors to the dissimilarity of the fungal communities between the continuous cropping and rotation cropping of soybean, maize and wheat. There were 11 potential pathogen and 11 potential biocontrol fungi identified, and the relative abundance of most of the potential pathogenic fungi increased during the long-term continuous cropping of all three crops. The relative abundance of most biocontrol fungi increased in long-term continuous soybean cropping but decreased in long-term continuous maize and wheat cropping. Our results indicate that the response of the soil fungal community structure to long-term continuous cropping varies based upon crop types.     

生物质炭对人参连作土壤微生物组成及功能的影响

【目的】探究栽培人参Panax ginseng C. A. Mey.后土壤细菌群落多样性与功能变化,以及增施生物质炭对土壤细菌群落多样性与功能的影响。【方法】对人参连作土壤进行不同生物质炭改良的田间试验,结合高通量测序技术,分析土壤细菌群落多样性与功能变化。【结果】植参土壤（前茬作物为三年生人参）中Spartobacteria_genera_incertae_sedis、Sphingomonas、Gemmatimonas、 Afipia、Gp1、Gp2、Gp3、Gp6、Rummeliibacillus 9个属细菌数量显著降低,表明栽培人参或人参根系分泌物可能抑制上述细菌的生长。另外,植参土壤Gaiella属细菌数量显著增加,添加生物质炭后该属优势度进一步增加;说明栽培人参或人参根系分泌物以及施用生物质炭均可促进该细菌的生长。相较于新林土,植参土壤细菌数量、群落多样性、细菌分类组成及优势属占比均不同程度地下降,单优势种群比例上升。生物质炭处理对上述劣变趋势具有一定的正向调节作用,细菌分类组成及数量变化趋势趋向于新林土,并协助提升...