不同生育期番茄植株根际土壤微生物群落结构特征

为构建番茄生态优质高产栽培技术体系及挖掘有益的微生物资源,比较了不同生育期番茄植株根际土壤肥力以及微生物群落结构与功能特征。基于传统与现代高通量测序技术分析番茄幼苗期、花芽分化期、结果期根际土壤肥力与微生物（细菌、真菌）群落结构与功能特征。结果显示,番茄结果期根际土壤中具有更为丰富的碳、氮、磷源;另一方面,不同生育期番茄根际土壤微生物群落结构和功能发生显著变化。其中,norank_f_norank_o_norank_c_KD4-96,norank_f_A4b和Bryobacter属细菌是幼苗期番茄植株根际土壤中特有的优势细菌属;TM7a和Saccharomonospora属细菌是花芽分化期番茄植株根际土壤中特有的优势细菌属;Gemmatimonas属细菌是结果期番茄植株根际土壤中特有的优势细菌属;此外,鲍尔壶菌属（Powellomyces）真菌是幼苗期番茄植株根际土壤中特有的优势真菌属;Apiotrichum和unclassified_f_Chytridiaceae真菌是花芽分化期番茄植株根际土壤中特有的优势真菌属;链格孢属（Alternaria）真菌是结果期番茄植株根际土壤中特有的优势真菌属。结果表明：不同生育期番茄植株根际土壤中形成了特异的根际土壤微生物群落,幼苗期根际土壤中主要富集了可以产生生长激素的微生物类群;花芽分化期根际土壤中主要富集了具有抗逆功能的微生物类群;结果期根际土壤中主要富集了具有促进养分循环功能的微生物类群。     

伴生不同作物对主栽番茄植株根系内生微生物群落结构的影响

为为解决番茄连作障碍、构建番茄可持续发展的生态栽培技术体系，设置番茄伴生生菜（A）、苋菜（B）、菜心（C）、葱（D）、薄荷（E）以及番茄单作（F）处理，在相同环境条件下进行同样栽培管理，利用Illumina MiSeq 高通量测序平台，分析不同作物伴生及番茄单作处理下根系内生微生物多样性与群落组成。结果显示：伴生及单作番茄植株根系共有的排名前5的优势细菌属为链霉菌属（Streptomyces）、Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、德沃斯氏菌属（Devosia）、类诺卡氏菌属（Nocardioides）、马赛菌属（Massilia）；番茄伴生生菜（A）特有的优势内生细菌属为新草小螺菌属 （Noviherbaspirillum），番茄伴生苋菜（B）特有的优势内生细菌属为游动放线菌属 （Actinoplanes）； 番茄伴生葱（D）特有的优势内生细菌属为爬管菌属（Herpetosiphon），番茄伴生薄荷（E）特有的优势内生细菌属为微杆菌属（Microbacterium），番茄单作（F）特有的优势内生细菌属包括芽孢杆菌属（Bacillus）、栖大理石菌属（Marmoricola）和糖霉菌属 （Glycomyces）；伴生及单作处理番茄共有的优势真菌属为油壶菌属（Olpidium）、unclassified_o_Sordariales、unclassified_p_Ascomycota，番茄伴生生菜（A）特有的优势内生真菌属为Immersiella，番茄伴生苋菜（B）特有的优势内生真菌包括念珠菌属（Candida）、unclassified_c_Agaricomycetes和Phialemonium，番茄伴生菜心（C）特有的优势内生真菌包括Rhizophagus、Plectosphaerella、Geminibasidium，番茄伴生葱（D）特有的优势内生真菌包括unclassified_p_Chytridiomycota、unclassified_f_Ceratobasidiaceae、Ceratorhiza、unclassified_o_Boletales、unclassified_p_Basidiomycota，番茄单作（F）特有的优势内生真菌属为赤霉属（Gibberella）。结果表明，与番茄单作相比，番茄伴生不同作物使主栽番茄根系优势内生细菌和内生真菌属组成发生了变化，伴生条件下主栽番茄根系均富集了特异的优势内生细菌和真菌门、属。伴生富集的特异优势内生细菌或真菌门、属组成具有提升主栽番茄植株抵御环境生物或非生物胁迫的潜力。     

木醋液的抑菌活性及其对连作番茄根际土壤微环境生态的影响

为探索木醋液对番茄根际土壤微生态的作用，以番茄为供试材料，连续3 a常规种植于相同田块，设置木醋液稀释300倍（A）、稀释600倍（B）、稀释900倍（C）处理，以无菌去离子水为对照（CK），探究不同稀释度木醋液的抑菌活性及其对连作番茄植株根系生长、根际土壤细菌和真菌群落结构的影响。结果显示：不同稀释度木醋液对青枯病菌和枯萎病菌均具有显著的抑制作用；3种稀释度的木醋液中，稀释600倍的木醋液浇灌不仅有利于连作番茄根系的生长，而且有助于提高番茄连作根际土壤细菌和真菌的多样性；与对照（CK）相比，不同稀释度木醋液处理均不同程度地降低了放线菌门（Actinobacteriota）细菌的相对丰度，提高了酸杆菌门（Acidobacteriota）细菌以及子囊菌门（Ascomycota）、新赤壳属（Neocosmospora）、曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）、木霉属（Trichoderma）、毛壳菌属（Chaetomium）和镰刀菌属（Fusarium）真菌等有益微生物的相对丰度。结果表明，木醋液具有显著抑制番茄青枯病及枯萎病病原微生物的作用，浇灌稀释木醋液有利于连作番茄根系生长，改善连作番茄根际土壤微环境生态的作用；其中，以稀释600倍（B）木醋液的改良效果最佳。     

连作对设施辣椒土壤酶活性和微生物群落结构的影响

以青海省尖扎县设施辣椒连作的土壤为对象,研究不同连作年限土壤酶活性及微生物群落结构的变化特性,探究微生物群落与土壤理化性质之间的关系。结果表明,随着连作年限的增加,设施辣椒连作土壤中蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性显著降低,脲酶、酸性蛋白酶、酸性转化酶和纤维素酶活性呈先升高后降低趋势,而多酚氧化酶活性呈先降低后升高趋势。连作使得设施辣椒土壤微生物发生了从“细菌型”向“真菌型”的转变。土壤细菌多样性随着连作年限的增加先升高后降低,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）等优势门及脱硫弧菌属（Desulfovibrio）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）等优势有益类群相对丰度降低,连作第5年时,这些类群较对照（CK）分别降低19.70%、41.32%、37.40%和50.37%。设施辣椒连作土壤真菌多样性逐渐升高,子囊菌门（Ascomycota）和镰刀菌属（Fusarium）等优势类群在连作第5年的相对丰度较对照分别升高27.19%和82.65%。相关性分析表明,电导率、体积质量、总磷和pH等土壤理化性质与微生物群落呈极显著相关性（P<0.01）。研究显示,设施辣椒连作导致土壤酶活性变化和微生物环境恶化,该结果能够为设施辣椒连作障碍的形成原因和有效防治提供参考。     

伴生栽培对主栽番茄植株根际土壤肥力及微生物多样性的影响

为探究伴生不同作物对主栽番茄根际土壤肥力与健康影响的作用机制，设置番茄伴生生菜、苋菜、菜心、薄荷和葱的栽培模式，基于高通量测序技术分析伴生不同作物栽培模式下主栽番茄根际土壤肥力及细菌、真菌多样性。结果显示：除菜心外，其他4种伴生作物均显著提高了主栽番茄植株根际土壤中涉及氮、磷循环的土壤酶活性以及微生物生物量碳、氮、磷；伴生栽培虽然没有丰富主栽番茄植株根际土壤中细菌、真菌多样性，但改变了主栽番茄植株根际土壤细菌、真菌优势门属间的丰度占比；门分类水平下，伴生管理均提高了变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、Patescibacteria细菌的丰度占比；属分类水平下，norank f Microscillaceae、 norank f norank o Vicinamibacterales、芽孢杆菌属（Bacillus）、norank f Gemmatimonadaceae、交替赤杆菌属（Altererythrobacter）细菌是番茄伴生不同作物中丰度占比前10的特有优势细菌属。此外，伴生栽培不同程度地改变了主栽番茄植株根际土壤真菌多样性和丰富度，富集了壶菌门、担子菌门和油壶菌门优势真菌门；同时富集了unclassified o Sordariales、油壶菌属（Olpidium）和锥盖伞属（Conocybe）、Phialemonium、unclassified o Pleosporales、 unclassified o Boletales和Sodiomyces属等优势真菌属，亦提高了毛壳菌属（Chaetomium）的丰度占比。研究结果表明，番茄伴生栽培生菜、苋菜、薄荷和葱4种植物均同程度地有助于不提高番茄根际土壤肥力和维护根际微环境土壤健康的作用，其中，伴生栽培生菜和薄荷提升土壤肥力及维护土壤健康的效果优于伴生菜心、苋菜和葱。     

硒对油菜根际土壤微生物的影响

为明确硒对土壤根际微生物生态特征的影响,采用盆栽试验,基于高通量测序技术研究了不同浓度（0、0.5、1.0 mg·kg^-1）外源硒对油菜根际土壤微生物群落结构与多样性的影响。群落结构分析结果表明：油菜根际土壤细菌优势菌门主要为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）等;真菌优势菌门为子囊菌门（Ascomycota）。多样性分析结果表明,硒未显著影响土壤细菌和真菌群落的多样性。主坐标分析表明,硒处理对细菌群落结构具有显著影响,而对真菌群落的影响不明显。显著差异物种线性判别分析（LDA）显示：Microtrichales显著富集于低浓度（0.5 mg·kg^-1）硒处理土壤中;产黄杆菌（Rhodanobacter）、Nitrolancea、热微菌科（Thermomicrobiaceae）和无色杆菌属（Achromobacter）则显著富集于高浓度（1.0 mg·kg^-1）硒处理土壤中。研究表明,施硒有助于油菜根际土壤富集有益根际微生物,从而促进植物生长,提高植物应对不良环境胁迫的能力。     

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...     

腐殖酸配施壳聚糖调控设施番茄土壤细菌群落

为探索针对设施番茄青枯病的高效绿色防治方法，从设施番茄菜地采集发病土壤，并添加生物改良剂腐殖酸和（或）壳聚糖，在26℃的恒温培养箱内进行为期10周的土壤培育试验。结果表明：腐殖酸与壳聚糖配施处理（HC）下，土壤细菌群落结构显著区别于空白对照和单施处理（P＜0.05）；HC处理下青枯病病原菌劳尔氏菌（Ralstonia spp.）的相对丰度显著降低，有益微生物链霉菌属（Streptomyces spp.）、北里孢菌属（Kitasatospora spp.）、细链孢菌属（Catenulispora spp.）和Terracidiphilus spp.的相对丰度显著增加（P＜0.05）；共现网络结果表明HC处理下子网络的网络连接性、聚类系数和平均度显著提高（P＜0.05），有益微生物与劳尔氏菌间存在直接和间接的抑制作用，且以间接抑制作用为主。研究表明，腐殖酸与壳聚糖配施增强了土壤细菌群落之间的相互作用，并且能通过富集有益微生物类群来抑制劳尔氏菌生长，在合理管理设施番茄菜地、防控土传病害中具有实际应用潜力。     

西北半干旱荒漠草原与耕地土壤可培养微生物多样性及分布特征比较

采用稀释涂布平板、分离培养和16SrDNA序列分析法对我国甘肃白银地区半干旱荒漠草原土壤可培养细菌、放线菌、真菌数量及群落分布特征进行了分析,比较了荒漠草原和耕地土壤微生物多样性。发现荒漠草原土壤可培养细菌、放线菌、真菌数量分别为1.23×10⁶、0.19×10⁶、0.18×10⁶cfu·g^-1,耕地三类微生物数量分别是3.03×10⁶、0.53×10⁶、0.05×10⁶cfu·g^-1。荒漠草原可培养细菌、放线菌数量明显低于耕地,而真菌数量高于耕地。从荒漠草原分离出14株细菌,分别属于γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)噬冷杆菌属(Psychrobacter),放线菌门(Actinobacteria)皮球菌属(Kytococcus),厚壁菌门(Firmicutes)芽孢杆菌属(Bacillus)、亮氨酸芽孢杆菌属(Lysinibacillus)、土壤芽孢杆菌属(Solibacillus)、气球菌属(Aerococcus),优势菌为芽孢杆菌属和噬冷杆菌属。耕地分离出可培养细菌19株,分别属于ɑ-变形菌纲(ɑ-Proteobacteri)根瘤菌属(Rhizobium)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium),γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)假单胞菌属(Pseudomonas),厚壁菌门(Firmicutes)芽孢杆菌属(Bacillus),放线菌门(Actinobacteria)微杆菌属(Microbacterium)、节杆菌属(Arthrobacter)、微球菌属(Micrococcus)、考克氏菌属(Kocuria),以放线菌门细菌为主(占57.9%)。从荒漠草原分离放线菌共8株,分别属于链霉菌属(Atreptomyces)、小单孢菌属(Micromonspora)、间孢囊菌属(Intrasporangium),而耕地主要为链霉菌属(Atreptomyces)、小单孢菌属(Micromonspora)。荒漠草原真菌主要是交链孢霉属(Alternaria)、芽枝霉属(Cladosporium),耕地土壤真菌包括青霉属(Penicillium)、交链孢霉属(Alternaria)、曲霉属(Aspergillus)、毛霉属(Mucor)、链孢霉属(Coniothecium)。试验结果表明,荒漠草原与耕地土壤微生物都具有较丰富的多样性,但微生物群落结构存在一定差异,同一区域不同深度土壤中微生物数量和种类也存在差异,耕地土壤微生物多样性明显高于荒漠草原。     

专题导读：作物连作障碍的克服——难解的问题

作物连作是近代商品化生产不得已而为之的生产方式,它会劣化土壤而导致作物生长发育障碍。在土地复种指数高、作物连作严重条件下,作物连作障碍已成为农业可持续发展的重大问题之一^[1-3]。 作物连作障碍是指同一作物或近缘作物连作以后,即使在正常栽培管理的情况下,也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象。其主要是由土壤劣变导致的,具体可归纳为5个方面：①土壤养分失衡;②土壤有害生物积聚;③土壤理化性状恶化;④来自植物的对土壤有害物质的积累;⑤土壤微生物区系劣变^[4]等。 可发生连作障碍的作物种类较多,玉米、小麦、水稻、大豆、棉花、甘蔗、烟草以及中草药、蔬菜、瓜果、花卉等均会发生连作病害。目前,中国危害程度高的连作地块面积大于10%,其中规模化种植区发生面积一般超过20%;连作障碍导致当季作物损失巨大,占20%—80%,严重的几乎绝产,每年造成的经济损失可达数百亿元;同时还降低了农产品的安全性。因此,克服作物连作障碍是农业可持续发展的当务之急。虽然,目前尚未找到根治方法,但研究表明,可以通过以下措施使作物连作障碍得以缓解^[5-9]：（1）选用抗病品种或砧木。目前国内外已育成一批可供选用的不同作物抗病品种;同时也选育出一些抗病嫁接砧木,通过嫁接技术来克服作物土传病害,应用效果显著。（2）改善栽培制度。主要采用轮作,如粮-菜轮作、不同科间的粮-粮轮作和菜-菜轮作等,也包括作物同对抗植物（即具有通过释放抗菌物质来抑制病原菌功能的植物）和净化植物（即能够吸附土壤中过剩盐分的植物）等的轮作。（3）生物防治。其目的主要是调节土壤中的微生物,如通过增施蚓粪等生物有机肥或接种有益微生物等,增加土壤中有益微生物数量,以竞争营养和空间等途径抑制其他有害菌的繁殖^[10]。（4）土壤消毒。即采用物理、化学等方法实施土壤消毒处理,可快速、高效杀灭土壤中的真菌、细菌、线虫、杂草等。（5）调节土壤pH。对于酸化土壤,采用增施消石灰或石灰氮等方法调节土壤酸度,从而可调节土壤营养有效性和土壤微生物区系,防止土壤劣变。（6）增施有机肥或有机物料。目的是为了保持较好的土壤团粒结构,维持均衡的土壤营养的有效性和微生物区系,以保持土壤健康。 不同作物连作障碍的主导原因不同,因此,不同作物连作障碍研究的侧重点也不同。目前作物连作障碍研究尽管较多,但对连作障碍机理的研究仍是重点之一。研究的技术手段和研究方法也在不断进步,从传统的土壤理化性质测定、稀释平板法测定微生物数量^[11]、应用同位素技术^[12]检测根系分泌物等,到微生物区系的定性PCR-DGGE^[13-14]技术、高效液相色谱^[15]和核磁共振波谱法^[16]对根系分泌物的测定、定量PCR法^[17]对特定微生物定量分析、高通量测序技术^[18]进行微生物分类及多样性分析等,使研究从定性向定量发展。 目前,土壤理化性状和土壤微生物环境的相互作用,根系分泌物与植物营养自调,根系分泌物与土壤微生物的关系,特别是利用高通量测序等技术研究连作土壤微生物群落结构,仍然是研究的热点。而根系分泌物与环境污染的关系,根系分泌物在土壤中的去向,以及根系分泌物的种类与病原菌增殖的关系等问题将是今后研究的新热点。根际自生细菌的应用已经成为一个新的研究方向,目前,正在采用转基因技术,改造根际自生细菌,以改变土壤微生物结构,消除连作造成的微生物结构的破坏,以便有效防治土传病虫害^[19]。 随着现代科学技术的发展和农业栽培管理体系的不断完善,作物连作障碍必将得到进一步缓解,作物生产定能达到经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一,但许多作物彻底根治连作障碍仍是难题。另外应该指出的是,目前通常所说的作物连作障碍,不仅单纯是连作障碍,而且也包含不科学施肥导致土壤劣变引起的作物障碍,也就是说,即便轮作,随着种植年限的延长,也会不同程度地引发作物生育障碍。目前,尚未分清作物连作障碍和施肥不良障碍各自所占份额,尚需进一步解决,只有这样,才能更好地针对原因采取防控措施。本专题将从不同作物连作对土壤微生物的影响及差异蛋白表达分析等方面探索连作障碍产生机理,并提出相应的防治措施,旨在为连作障碍的研究提供一些参考。