论文部分内容阅读
菌核是真菌在不利条件下在土壤中长期存活的特殊结构。菌核富含几丁质、碳水化合物、蛋白质、膳食纤维、脂肪和矿物质包括钠、钾、钙和镁等。菌核具有多种的潜在作用,也可能作为土壤微生物生长的营养来源。立枯丝核菌和核盘菌是两种常见的植物土传病害的病原菌,产生大量的菌核在土壤中越夏和/或越冬。由于菌核在土壤中与其它微生物共存,我们推定土壤中的菌核可能直接和/或间接地影响土壤微生物群落。为此,本研究对湖北省沙阳县稻-油菜轮作地土壤和油菜-休闲田土壤分别接种立枯丝核菌或核盘菌,采用16S r RNA和ITS测序方法分析了接种后3个月内微生物的多样性及变化。接种后土壤样品在28±2℃下孵育3个月,试验期间土壤含水量保持在60-80%。每隔1个月收集土壤样品,每个时间点设置3个生物学重复,提取土壤样品的DNA,建库测序。首先,水稻-油菜轮作土壤样品中接种浓度为0.50-2.50 g/100g的立枯丝核菌菌核,用于分析菌核含量对土壤中微生物多样性的影响。结果表明2.50 g菌核处理的土壤样品微生物群落明显多于其它菌核浓度处理的样品。Chitinophaga、Flavisolibacter、Dyella和Kribbella等促进植物生长的细菌在菌核处理的样品中显著增多。Azotobacter、Anaeromyxobacter、Geobacter、Thiobacillus、Nitrospira和Nitrosospira等参与到氮循环生物学过程的微生物菌落在菌核处理的样品中显著富集。Ascobolus、Stachybotrys、Trichoderma、Lecanicillium和Vermispora等有益真菌属在菌核处理的土壤样品中表现出显著富集。然而Fusarium、Cladosporium、Botrytis、Rhizopus和Thanatephorus等病原真菌属真菌丰度也显著提高。总之,2.50 g浓度菌核处理的土样中微生物多样性丰富,与此同时有益微生物和病原真菌的数目同样显著富集。因此,在随后的处理中,浓度2.50g/100 g菌核作为试验的处理浓度。为了研究存储对土壤微生物多样性的影响,在室温下存储一年的水稻-油菜轮作土壤样品,按照前述方法添加浓度2.50 g/100 g的立枯丝核菌菌核作为第二年处理样品。与第二年处理样品相比,第一年处理的土壤样品中微生物多样性明显较多。Azotobacter、Bradyrhizobium、Lysobacter、Ohtaekwangia、Phaselicystis、Parasegetibacter和Terrabacter等属微生物菌落只在第一年处理的土壤中显著增强,而Massilia和Phenylobacterium两属微生物仅在第二年处理土壤中富集。然而,Typhula、Volutella和Lecanicillium只在第一年处理的样品中富集,而Rhizopus、Chaetomium、Trichocladium、Curvularia和Aspergillus等只在第二年处理的样品中富集。尤其要指出的是,上述所有富集的微生物属都是植物病原真菌。此外,Chaetomium和Rhizopus两个属真菌仅在第一年未处理土壤样品中显著富集,而在第二年的菌核处理样品中显著富集,同时Chrysosporium、Cladorrhinum和Arthrobotrys同样在第二年处理样品中显著富集。比较分析显示,存储一年的土壤样品的微生物群落多样性显著降低,而病原真菌的数目显著增多,这一点可能与立枯丝核菌菌核处理或土壤的存储相关。其次,为了研究不同菌核对油菜-油菜轮作土壤中微生物多样性的影响,使用浓度2.50 g/100 g的核盘菌菌核处理第二年水稻-油菜轮作土壤样品。与对照土壤样品相比,核盘菌菌核处理的第二年水稻-油菜轮作土壤中真菌数目显著下降,而细菌的数目显著增多。Chitinophaga、Anaeromyxobacter、Azoarcus等促进植物生长的真菌在核盘菌菌核处理的土壤中显著增加,同时Sphingomonas、Massilia、Flavisolibacter等部分促进植物生长的真菌和有益细菌显著下调。Clonostachys、Trichoderma、Arthrobotrys和Vermispora等拮抗真菌数目显著增加。Chaetomium、Cladosporium、Diaporthe和Sclerotinia具有致病潜力的真菌编丰度降低,而Fusarium属真菌在核盘菌处理的土壤中显著富集。结果表明,在核盘菌菌核处理的土壤样品中,有益微生物的数目显著增加。基于此,土壤的存储与否并不是土壤中病原真菌数目增加的决定因素,立枯丝核菌菌核处理土壤中病原微生物的增加与立枯丝核菌菌核的添加有关。为了分析立枯丝核菌和核盘菌菌核对第二年土壤中微生物多样性的影响,对两组结果进行了比较研究。α-多样性分析显示,在核盘菌菌核处理的样品中细菌类型显著多于真菌的类型。如Rhizomicrobium、Dyella、Ochrobactrum、Rhodanobacter、Opitutus、Achromobacter和Nitrosospira等对植物具有生防潜力的细菌属在立枯丝核菌菌核处理的土壤中显著富集。Geobacter、Anaeromyxobacter、Nitrospira、Phenylobacterium和Burkholderia等属微生物在核盘菌菌核处理的土壤中显著富集。Aspergillus、Chaetomium、Curvularia和Thanatephorus等属微生物只在立枯丝核菌菌核处理的土壤中富集,而Arthrobotrys、Ascobolus、Vermispora、Clonostachys和Mortierella等属只在核盘菌菌核处理的土壤中富集。此外,Alternaria、Fusarium、Diaporthe和Sclerotinia等属仅在未经菌核处理的土壤中富集。表明未经菌核处理和立枯丝核菌菌核处理的土壤样品中病原真菌属富集显著,而核盘菌菌核处理的土壤样品更倾向于富集有益真菌属。最后,为研究微生物多样性周期变化,重点探究了核盘菌菌核处理的油菜休闲田中土壤中微生物的多样性。与未经菌核处理的样品相比,核盘菌菌核处理的油菜休闲田土壤中微生物丰度显著下降。Rhizobium、Mesorhizobium和Burkholderia等促进植物生长的微生物属显著富集。此外Clonostachys、Trichoderma、Talaromyces等拮抗真菌属微生物在菌核处理的样品中同样显著富集。Athelia、Alternaria、Colletotrichum、Aspergillus、Sclerotinia和Macrophomina等病原真菌属在核盘菌菌核处理的样品中变化不明显。结果表明,处理土壤样品一个月后,随着Fusarium和Botrytis数量的减少,Sclerotinia的数量明显减少,但Rhizopus的数量仍然很丰富。因此,核盘菌菌核处理的土壤有利于多种有益菌属和真菌属的生长,少数致病菌属的生长随Sclerotinia降低而下降,但Rhizopus除外。综上所述,该研究发现立枯丝核菌菌核处理提高了土壤中有益细菌属的丰度,但也增加了病原真菌属的丰度。相比之下,核盘菌菌菌核处理的土壤样品仅增加了有益细菌和真菌属的丰度,而降低了致病真菌属的丰度。在菌核处理的土样中立枯丝核菌的丰度增多而核盘菌处理的土壤中核盘菌的丰度大大降低,这可能是由于立枯丝核菌处理的土壤中没有建立起有益的微生物群体。此外,土壤中病原真菌菌核的存在显著诱导有益细菌属的丰度,并且可能通过生防微生物的富集使其它植物病原真菌的数量下降。因此,我们认为在土壤中菌核可以影响土壤微生物的多样性,包括富集有益微生物和抑制植物病原菌（尤其是在核盘菌菌核处理的土壤中）。然而,在含有立枯丝核菌的土壤中,有益微生物和植物病原菌的数目均显著富集。