2017-08-11
最近，派(pai)森諾生(sheng)物與(yu)中國農業(ye)科學(xue)院(yuan)農業(ye)資源與(yu)農業(ye)區劃研(yan)究所聯手，在(zai)《Applied Soil Ecology》（影響因子(zi)2.786）發表(biao)論文，以35年(nian)長期定位施肥(fei)的(de)東北黑(hei)土(tu)(tu)土(tu)(tu)壤作為研(yan)究對(dui)象，探(tan)究不同施肥(fei)處理下，土(tu)(tu)壤理化性質和真菌群落結構的(de)差異(yi)以及兩者(zhe)之(zhi)間的(de)聯系。
研究背景
黑(hei)土是地球上(shang)較為(wei)珍貴的土壤資源，具有(you)質地疏松(song)、肥(fei)力高(gao)、供肥(fei)能力強等(deng)特點。
植(zhi)物(wu)生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de)(de)不(bu)可(ke)再生(sheng)(sheng)資源。中國東北黑(hei)土(tu)(tu)壤(rang)有機(ji)質(zhi)含量(liang)(liang)高、養(yang)分豐(feng)富，是(shi)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)商品(pin)糧基(ji)地，對國家糧食(shi)供應(ying)和(he)(he)食(shi)品(pin)安(an)全(quan)起著舉足輕重的(de)(de)(de)(de)作用，但長期(qi)(qi)過量(liang)(liang)不(bu)合理(li)的(de)(de)(de)(de)施肥(fei)和(he)(he)耕作，導致(zhi)了黑(hei)土(tu)(tu)農田質(zhi)量(liang)(liang)日益(yi)退化(hua)。土(tu)(tu)壤(rang)微生(sheng)(sheng)物(wu)作為農田生(sheng)(sheng)態(tai)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)組(zu)成部分，能(neng)(neng)夠(gou)對長期(qi)(qi)肥(fei)料累積作用產生(sheng)(sheng)敏感而快速的(de)(de)(de)(de)響應(ying)，是(shi)評(ping)價土(tu)(tu)壤(rang)質(zhi)量(liang)(liang)、土(tu)(tu)壤(rang)肥(fei)力和(he)(he)作物(wu)生(sheng)(sheng)產力的(de)(de)(de)(de)重要(yao)指標。因(yin)此，開展對黑(hei)土(tu)(tu)中微生(sheng)(sheng)物(wu)群落組(zu)成結構和(he)(he)豐(feng)度的(de)(de)(de)(de)研究，能(neng)(neng)為進一步揭(jie)示土(tu)(tu)壤(rang)微生(sheng)(sheng)物(wu)與生(sheng)(sheng)態(tai)環境間的(de)(de)(de)(de)響應(ying)機(ji)制(zhi)，以及改進施肥(fei)和(he)(he)耕作制(zhi)度提供依據。
研究目(mu)的
闡明東北(bei)黑土真菌群落(luo)(luo)特(te)征(zheng)，并(bing)解析長達35年輪作與(yu)(yu)施肥(fei)條(tiao)件對土壤(rang)真菌豐(feng)度和群落(luo)(luo)結(jie)構的(de)影響，探討東北(bei)黑土真菌菌群變化與(yu)(yu)不(bu)同施肥(fei)處理間的(de)相互關(guan)系，為進一步改(gai)良耕作制(zhi)度與(yu)(yu)施肥(fei)方(fang)式提供依(yi)據。
研究(jiu)方法
測序技(ji)術：Illumina MiSeq高(gao)通(tong)量測序平臺
測序(xu)模式：微生物組真(zhen)菌ITS1區(qu)測序(xu)
實驗(yan)對象：35年長期定位施肥的(de)哈(ha)爾濱黑(hei)(hei)土農田(tian)土壤（該農田(tian)自從(cong)1980年開始(shi)進行小麥—玉米—大豆輪作(zuo)）
實(shi)驗設計：無(wu)機肥(fei)(fei)(fei)采(cai)用(yong)氮磷鉀(jia)肥(fei)(fei)(fei)，有機肥(fei)(fei)(fei)采(cai)用(yong)馬廄肥(fei)(fei)(fei)，以下處理各(ge)3個生物(wu)學重復。
組名(ming) | 處理方式 |
CK | 不施肥 |
M | 只施(shi)用有(you)機肥 |
NPK | 只施用(yong)無機肥 |
MNPK | 同時施用(yong)有機肥(fei)和無機肥(fei) |
研究(jiu)結果
1.經過不同施肥處(chu)理的(de)黑土的(de)理化性質(zhi)及大豆產量
實(shi)驗結果表明，對(dui)于土(tu)壤(rang)各養分濃度及大(da)豆產量，施肥(fei)(fei)(fei)組(zu)（M、NPK、MNPK）比(bi)(bi)不施肥(fei)(fei)(fei)組(zu)（CK）高，有(you)機(ji)肥(fei)(fei)(fei)組(zu)（M、MNPK）又比(bi)(bi)無機(ji)肥(fei)(fei)(fei)組(zu)（NPK）要高；對(dui)于土(tu)壤(rang)PH值(zhi)(zhi)，無機(ji)肥(fei)(fei)(fei)的(de)施用會降低土(tu)壤(rang)PH值(zhi)(zhi)，而有(you)機(ji)肥(fei)(fei)(fei)的(de)施用則(ze)會提高土(tu)壤(rang)PH值(zhi)(zhi)。
2. 不同處理(li)間(jian)真(zhen)菌群落豐度及其多樣(yang)性分析
qPCR結果(guo)顯示，NPK組(zu)每克土壤(rang)真(zhen)菌ITS1區(qu)域基(ji)因(yin)拷貝(bei)數略高于(yu)MNPK組(zu)。皮爾森相關性(xing)分析結果(guo)表明(ming)，土壤(rang)真(zhen)菌ITS1區(qu)域基(ji)因(yin)拷貝(bei)數與土壤(rang)有(you)機(ji)質（OM）的濃(nong)度具(ju)有(you)相關性(xing)。
對真菌ITS1區(qu)進行高通量測序(xu)，12個(ge)樣品(pin)共得到(dao)553141條有效序(xu)列，OTU劃分結果顯示，MNPK組的OTU數(shu)大于(yu)NPK組。Shannon曲(qu)線結果表明，M、MNPK組的真菌菌群多(duo)樣性(xing)高于(yu)NPK和CK組。而(er)皮(pi)爾森相關性(xing)分析結果同(tong)時表明，土(tu)壤(rang)真菌菌群多(duo)樣性(xing)主(zhu)要(yao)由土(tu)壤(rang)中AP、TP、TN含量及土(tu)壤(rang)PH決(jue)定。
PCoA主(zhu)坐標(biao)分(fen)析結(jie)果顯示，在(zai)(zai)PC1-PC2主(zhu)坐標(biao)圖中，NPK組與(yu)MNPK組距(ju)(ju)離較近，而(er)與(yu)其(qi)他(ta)(ta)兩組距(ju)(ju)離相對較遠，此結(jie)果表(biao)明(ming)，無機(ji)肥的(de)施用使得(de)黑(hei)土中真菌(jun)菌(jun)群(qun)(qun)組成結(jie)構(gou)與(yu)CK組有所差異；而(er)在(zai)(zai)PC1-PC3主(zhu)坐標(biao)圖中，NPK組與(yu)其(qi)他(ta)(ta)三組距(ju)(ju)離較遠，這表(biao)明(ming)有機(ji)肥的(de)加入使得(de)黑(hei)土中真菌(jun)菌(jun)群(qun)(qun)組成結(jie)構(gou)趨于正常，在(zai)(zai)一定程(cheng)度(du)上彌補了由(you)無機(ji)肥的(de)施用引起(qi)的(de)真菌(jun)菌(jun)群(qun)(qun)組成結(jie)構(gou)的(de)變(bian)化(hua)。
3. 不(bu)同處理(li)組真(zhen)菌群落結構
對不同處(chu)理組的(de)高(gao)(gao)通(tong)量(liang)(liang)測序數(shu)據(ju)進行分(fen)(fen)析，分(fen)(fen)析結果(guo)顯示，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)門水平，Ascomycota、Zygomycota和Basidiomycota在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)各處(chu)理組中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)占(zhan)比較(jiao)高(gao)(gao)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)占(zhan)比高(gao)(gao)的(de)Ascomycota在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)MNPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)高(gao)(gao)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)NPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)低，而Zygomycota在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)NPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)比其(qi)他組都要高(gao)(gao)；在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)綱水平，Sordariomycetes、Dothideomycetes和Tremellomycetes在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)各處(chu)理組中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)占(zhan)比較(jiao)高(gao)(gao)，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)占(zhan)比高(gao)(gao)的(de)Sordariomycetes在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)MNPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)高(gao)(gao)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)NPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)低，而Dothideomycetes在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)NPK中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含(han)(han)量(liang)(liang)比MNPK高(gao)(gao)。
屬(shu)水平(ping)分析(xi)結果顯示，M、MNPK、CK組的(de)優勢屬(shu)為Mortierella、Fusarium和Schizothecium，而NPK的(de)優勢屬(shu)為Mortierella、Fusarium和Gibberella。Fusarium、Gibberella、Leptosphaerulina等病(bing)(bing)原菌(jun)在NPK組中的(de)含(han)量(liang)高于(yu)(yu)M、MNPK、CK組；而抗病(bing)(bing)菌(jun)Podospora的(de)含(han)量(liang)在MNPK中則遠(yuan)高于(yu)(yu)NPK。由此可(ke)知(zhi)，有(you)機肥的(de)施用對土(tu)壤土(tu)傳病(bing)(bing)害的(de)抑(yi)制和預防具有(you)積極作用。
4. 不同(tong)處理(li)組土(tu)壤真菌(jun)菌(jun)群組成與(yu)土(tu)壤理(li)化性質之間的(de)關聯性分析
在上述分(fen)析結(jie)(jie)果(guo)的基礎上，還需要更進一步，考察真菌(jun)(jun)(jun)菌(jun)(jun)(jun)群(qun)(qun)和土壤(rang)理(li)化性質的相關(guan)性。典型的菌(jun)(jun)(jun)群(qun)(qun)——環境因素關(guan)聯分(fen)析方(fang)法，就是RDA冗余分(fen)析了。結(jie)(jie)果(guo)顯示(shi)，土壤(rang)各理(li)化性質中，AP（可(ke)用磷，Available phosphorus）、OM（有機物(wu)，Organic matter）及土壤(rang)PH值能夠對土壤(rang)真菌(jun)(jun)(jun)群(qun)(qun)落結(jie)(jie)構產生巨(ju)大影響。
總結
本文通(tong)過對中國東北地(di)(di)區黑土(tu)地(di)(di)進(jin)行不同施(shi)肥(fei)(fei)處理，發現無(wu)(wu)機(ji)肥(fei)(fei)可以降低(di)土(tu)壤(rang)(rang)真菌菌群多樣性(xing)，而有(you)機(ji)肥(fei)(fei)反之(zhi)，無(wu)(wu)機(ji)肥(fei)(fei)和有(you)機(ji)肥(fei)(fei)配(pei)施(shi)可小幅提升真菌菌群多樣性(xing)；無(wu)(wu)機(ji)肥(fei)(fei)會導致土(tu)壤(rang)(rang)中病原(yuan)菌豐度增加，而有(you)機(ji)肥(fei)(fei)的(de)加入則會使病原(yuan)菌豐度降低(di)；不同施(shi)肥(fei)(fei)處理條件下，土(tu)壤(rang)(rang)中真菌群落結構(gou)的(de)變化是通(tong)過改變土(tu)壤(rang)(rang)理化性(xing)質實現的(de)。
本研究(jiu)的(de)測序和數(shu)據分(fen)析工作由上(shang)海派森諾生物科技股(gu)份有限公司完成。
文(wen)章索引：Ding J, Jiang X, Guan D, et al. Influence of inorganic fertilizer and organic manure application on fungal communities in a long-term field experiment of Chinese Mollisols[J]. Applied Soil Ecology, 2017, 111: 114-122.
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