又双叒叕文章！天昊合作伙伴发表三七单作系统和三七-玉米系统微生物群落比较新成果

发稿时间：2017-10-14来源：天昊生物

 

 南京师范大学地理科学学院近期在《Applied Soil Ecology》上发表了三七单作系统和三七-玉米系统微生物群落结构比较的文章。在恭喜天昊生物客户发表微生物文章同时，我们想跟大家分享一下文章的研究思路。

英文题目：Comparative soil microbial communities and activities in adjacent Sanqi ginseng monoculture and maize-Sanqi ginseng systems

中文题目：三七单作系统和三七-玉米系统微生物群落和活性比较

期刊名：Applied Soil Ecology      发表时间： 2017年8月    影响因子2.786

材料方法:

实验设计

开始实验前三年，实验土地一直种植三七，2013-2016年开始实验土地一分为二：1）MSGS：一半实验土地种植玉米；2）SGMS：一半实验土地接着种植三七。2013年实验开始前使用生石灰调整整块地的pH。2016年8月实验结束后，从两个实验系统中随机收集三份散装土壤样品。采集的土壤样品用2毫米网格除去石块和植物碎片，样本分别储存在−80 °C和4°C用于DNA提取和理化性质测定。

土壤理化分析

土壤pH值使用S200 K pH计测定。土壤总有机碳（TOC）、总氮（TN）分别用H₂ SO₄ -K₂Cr₂ O₇和半微量凯氏定氮法进行分析。土壤NH ₄⁺-N和NO₃⁻-N采用连续流动分析仪测定。

微生物活性测定

通过检测荧光素二乙酸(FDA)水解测量土壤总微生物活性。

DNA提取

使用PowerSoil DNA Isolation Kit (MoBio)提取土壤样品中的总DNA。

Real-time PCR

使用特异引物（表1）确定土壤样本中细菌丰度（338F / 518R）、真菌丰度（ITS1F / 5.8S），和尖孢镰刀菌丰度（ITS1F /AFP308R）。

表1  Real-time PCR特异性引物

 

Miseq测序

细菌测序区段为：（V4）；真菌测序区段为：（ITS1）。

 

研究结果：

土壤理化性质

三七-玉米系统（MSGS）中的土壤总氮（TN）和NH ₄⁺-N含量明显高于三七单作系统（SGMS）。但是三七-玉米系统（MSGS）中的NO₃⁻-N含量明显低于三七单作系统（SGMS）。pH值、TOC和C/N比在两个种植系统之间没有明显差异。

表2 三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的土壤理化性质测定

 

 

土壤微生物活性

三七-玉米系统中的土壤微生物活性极显著高于三七单作系统（图1）。

 

图1 三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的土壤微生物活性。

细菌、真菌和尖孢镰刀菌数量

细菌数量在三七-玉米系统（1.71×10¹¹ copies/g）中显著高于三七单作系统 (2.84 × 10¹⁰ copies/g) （图2A）。真菌数量在三七-玉米系统比三七单作系统高4.05倍（图2B）。尖孢镰刀菌数量在三七-玉米系统比三七单作系统高2.25倍（图2C）。但是土壤镰刀菌/真菌比值在三七-玉米系统中低于三七单作系统（图2D）。

 

 

 

图2 三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的细菌（A）、真菌（B）、尖孢镰刀菌丰度（C）、镰刀菌/真菌比值（D）。

测序数据信息

土壤样本的16S rRNA测序数据量在78,451—84,880序列，ITS测序数据量在51,886—120,122序列。每个样本的细菌OTU数目在4219—4871，真菌OTU数目在681—899。细菌和真菌的测序覆盖度分别达到97.7% 和 99.5%。

细菌和真菌的丰富度，多样性和均匀度

三七-玉米系统的细菌多样性和均匀度显著高于三七单作系统（表3），两个系统在细菌丰富度没有明显差异。三七-玉米系统的真菌丰富度显著低于三七单作系统（表3），两个系统在真菌多样性和均匀度没有明显差异。

 

表3 两个种植系统细菌和真菌的丰富度，多样性和均匀度统计

细菌和真菌的群落结构和组成

PCoA分析表明三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的细菌（图3A）和真菌（图3B）群落结构明显不同。但是无论是细菌还是真菌群落在三七单作系统土壤重复样本中更相似，但是在三七-玉米系统重复样本中更分散。ANOSIM分析表明两个系统的细菌和真菌群落都存在显著差异。

 

 

图3 三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的细菌（A）、真菌（B）群落PCoA分析。

三七-玉米系统在门和属水平都改变了细菌和真菌的群落结构。在细菌中，变形菌门，拟杆菌门、放线菌门、酸杆菌门、和绿弯菌门在两种种植系统中是最丰富的（图4A）。与三七单作系统相比，在改种植玉米后只有变形菌门和放线菌门的丰度下降，其它菌门的丰度都增加。在真菌中，粪壳菌纲、座囊菌纲、散囊菌纲、锤舌菌纲在两种种植系统中是最丰富的（图4B）。粪壳菌纲、散囊菌纲、锤舌菌纲、圆盘菌纲在种植玉米后丰度下降，座囊菌纲、伞菌纲丰度则增加。

 

图4 三七-玉米系统（MSGS）和三七单作系统（SGMS）的优势细菌（A）和真菌（B）。

IMPER分析表明13个细菌属和16个真菌属分别对两种种植系统细菌（表4）和真菌（表5）群落结构差异有贡献。不动杆菌贡献了布雷-柯蒂斯差异度的26.91%，前10名细菌贡献了群落总变异的70.72%。61.54%的高贡献度细菌在种植玉米后丰度上升，在三七单作系统中丰度很低（表4）。在真菌中，镰刀菌贡献了差异度的12.87%，这个真菌在种植玉米后丰度下降，前10名真菌贡献了群落总变异的54.51%。50%的高贡献度真菌在种植玉米后丰度下降很多（表5）。

表4  SIMPER分析对两种种植系统群落结构差异有高贡献度的细菌菌属。

 

表5  SIMPER分析对两种种植系统群落结构差异有高贡献度的真菌菌属。

 

 

总结：

三七作物种植严重受重茬病害影响，本文发现作物轮作是解决这个问题的一个有效农业实践。这项研究发现玉米种植可以通过改变三七栽培土壤中的微生物群落结构和组成来改变土壤微生物的活性。在种植玉米后镰刀菌丰度和镰刀菌/真菌比值显著下降。三七-玉米系统的细菌多样性和均匀度都显著高于三七单作系统，但是三七-玉米系统的真菌丰富度显著低于三七单作系统。另外三七-玉米系统中有益微生物增多。因此本文认为玉米植株有能力重塑土壤微环境，允许细菌而不是真菌开发，从而使微生物群从真菌为主向细菌为主转化，特别是有益细菌的增加。

关于天昊：

      天昊生物采用Miseq PE250测序策略对细菌16S rDNA区/真菌ITS区/真菌18S rDNA区的双V区或多种单V区进行测序，使用低循环数扩增，保证每个样品扩增的循环数统一；采用特殊方法可有效避免系统内误差；数据质量高，有效序列Q30达到90%以上；加上最新升级的分析内容和解释详尽的结题报告，带您享受极致的微生物扩增子测序体验。