硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響*

馮翠娥, 岳思君, 簡阿妮, 陳麗萍, 郭 洋, 鄭 蕊, 蘇建宇

?

硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響*

馮翠娥, 岳思君**, 簡阿妮, 陳麗萍, 郭 洋, 鄭 蕊, 蘇建宇**

(寧夏大學生命科學學院/西部特色生物資源保護與利用教育部重點實驗室 銀川 750021)

硒砂瓜是寧夏地區(qū)重要的經(jīng)濟作物, 其連作嚴重影響硒砂瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。目前硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響尚不清楚。本研究采用Illumina MiSeq高通量測序技術(shù), 探討硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn), 硒砂瓜連作土壤中真菌群落多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)隨連作年限的增加先上升后下降。供試土壤樣本中共檢測到真菌8門、25綱、244屬, 其中子囊菌門(Ascomycota)、接合菌門(Zygomycota)是優(yōu)勢菌門, 占90%以上。與對照相比, 連作30年土壤中子囊菌門豐度下降32.51%, 接合菌門豐度上升29.89%。供試土壤中真菌主要的優(yōu)勢屬為被孢霉屬()、綠僵菌屬()、假霉樣真菌屬()、鐮刀菌屬()和青霉屬()。與對照相比, 連作5年土壤中假霉樣真菌屬豐度增加45.81%, 連作10年土壤中鐮刀菌屬豐度增加26.74%, 連作15年土壤中綠僵菌屬下降26.83%, 連作20年土壤中青霉屬增加29.68%, 連作25年土壤中綠僵菌屬減少18.30%, 連作30年土壤中被孢霉屬豐度上升29.89%。土壤理化性質(zhì)與硒砂瓜連作年限間無顯著相關(guān)性, 而與土壤真菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著的相關(guān)性。土壤全磷、堿解氮、有效磷含量是影響土壤真菌群落最主要的因素。研究結(jié)果表明, 導(dǎo)致硒砂瓜連作障礙的主要原因不是土壤理化性質(zhì)變化, 而是土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的改變。研究結(jié)果可為硒砂瓜土傳病害的生物防治提供參考依據(jù)。

連作; 土壤真菌; 群落結(jié)構(gòu); Illumina高通量測序; 土壤理化性質(zhì); 硒砂瓜

西瓜[(Thunb.) Matsum. et Nakai]為葫蘆科(Cucurbitaceae)一年生蔓生藤本植物, 在寧夏中衛(wèi)市環(huán)香山地區(qū)是一種重要的經(jīng)濟作物。該地區(qū)主要采用一種特有的保溫、保水、保墑的旱作農(nóng)業(yè)種植模式——沙地上壓砂石進行農(nóng)業(yè)耕作, 種出的西瓜富含硒等微量元素, 因此得名“硒砂瓜”。近年來, 由于西瓜枯萎病導(dǎo)致西瓜連作障礙嚴重, 嚴重影響硒砂瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。因此, 采用合理有效的微生物學方法進行硒砂瓜連作障礙的防治具有重要意義。

真菌是土壤微生物的重要組成部分之一, 對土壤中生物化學物質(zhì)的循環(huán)及土傳病害的監(jiān)測等起著不可替代的驅(qū)動作用[1], 同時也會引起70%~80%的植物病害[2]。作物在長期種植過程中, 由于管理與種植方式相同, 為土壤微生物提供了相同的微生態(tài)環(huán)境, 定向地影響土壤微生物的生長繁殖, 使得土壤微生物多樣性降低, 土傳病害增加, 土壤微生物活力下降[3], 微生物結(jié)構(gòu)組成失衡[4]。有研究表明, 作物長期種植所導(dǎo)致的土壤真菌群落結(jié)構(gòu)改變是導(dǎo)致土壤連作障礙的主要原因[5-6]。西瓜枯萎病是西瓜連作過程中最為嚴重的真菌病害, 其病原菌主要為鐮刀菌屬的尖孢鐮刀菌西瓜?；?f. sp.)[7]、腐皮鐮刀菌葫蘆?；?f. sp.)[8]等, 會導(dǎo)致西瓜產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降[9]。

硒砂瓜連作嚴重影響寧夏地區(qū)硒砂瓜產(chǎn)量及品質(zhì)。目前, 對于硒砂瓜的研究主要集中在產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及機械化生產(chǎn)等方面[10-11], 而對硒砂瓜連作土壤微生物多樣性研究少有報道。近年來, 連作障礙是農(nóng)業(yè)發(fā)展中研究的熱點問題之一[12], 但對于寧夏中衛(wèi)市環(huán)香山地區(qū)硒砂瓜的連作障礙鮮有研究。研究其連作條件下不同連作年限土壤真菌群落結(jié)構(gòu), 可為進一步研究連作土壤微生物多樣性、減少有害真菌的積累、改善硒砂瓜品質(zhì)等提供理論基礎(chǔ), 對研究硒砂瓜土傳病害的生物防治及更好地發(fā)展硒砂瓜產(chǎn)業(yè)具有重要意義和實踐價值。

1 材料與方法

1.1 研究地概況及試驗設(shè)計

試驗地點位于寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)(104°17′~106°10′E、36°06′~37°50′N), 海拔1 100~2 955 m, 屬溫帶干旱氣候, 年平均氣溫8.8 ℃, 年降水量179.6 mm, 年蒸發(fā)量1 829.6 mm, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對自然降水依賴性很強。研究地表層土為灰鈣土, 地表有大量砂石覆蓋, 硒含量為0.003 2 mg?kg-1。

試驗設(shè)置7個處理, 分別為連作5年(T5)、10年(T10)、15年(T15)、20年(T20)、25年(T25)、30年(T30)及對照土壤(未種植硒砂瓜土壤, T0), 各處理分別設(shè)置3個區(qū), 根據(jù)連作時間進行區(qū)組設(shè)計, 每個區(qū)面積為0.33 hm2, 區(qū)之間距離較遠。硒砂瓜品種為‘金城5號’ 種植時間為4月15—25日。施肥管理采用當?shù)爻Ｒ?guī)措施, 種瓜之前施1次羊糞作為基肥, 在苗期和坐果期追加磷酸二銨肥料。在種植前、苗期、坐果期、膨瓜期分別澆水1次。在果實采收結(jié)束后, 除去瓜苗, 以減少病害。其他田間管理措施均相同。

1.2 樣本采集

于2017年10月1日在寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)硒砂瓜種植大田進行采樣。在硒砂瓜采收后期去除表層(0~15 cm)砂石, 取深度為15~25 cm處取土, 每個處理各采集3份土壤, 每份土壤分別在每個區(qū)采用五點取樣法取樣, 除去土壤中的根系、碎石及其他雜物, 混勻成1份土壤裝進塑封袋, 放入冰盒帶回實驗室: 一部分鮮土放入超低溫冰箱, 用于微生物多樣性研究; 另一部分鮮土放入-4 ℃冰箱保存, 取出其中一部分土壤自然風干后過1 mm篩, 用于測定土壤中全氮、全鉀、全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH、有機質(zhì)等含量。

1.3 土壤理化性質(zhì)測定

測定方法: 土壤pH采用電位法(水∶土=2.5∶1), 土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法, 全氮采用凱氏定氮法, 堿解氮采用擴散法, 全磷采用礬鉬黃比色法, 有效磷采用鉬銻抗比色法, 全鉀采用ICP法, 速效鉀采用原子吸收分光光度計法。

1.4 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性測定

土壤樣本送上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司的Illumina Miseq PE300平臺(San Diego, CA, USA)進行測序。

1.5 序列分析

原始測序序列使用Trimmomatic[13]軟件質(zhì)控, 使用FLASH軟件進行拼接: 去除質(zhì)控后長度低于50 bp的序列; 去除模糊堿基; 根據(jù)重疊堿基overlap 將兩端序列進行拼接。使用的UPARSE v7.1軟件[14], 對有效數(shù)據(jù)在97%相似度水平進行操作分類單元OTU聚類; 使用UCHIME軟件[15]剔除嵌合體。利用RDP classifier(http://rdp.cme.msu.edu/)[16]對每條序列進行物種分類注釋, 比對Unite (Release 6.0 http://unite.ut.ee/index.php)數(shù)據(jù)庫, 設(shè)置比對閾值為70%, 并在各個分類水平上統(tǒng)計樣本的群落組成。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016計算, 采用SPSS 19.0進行單因素方差分析(<0.05), 表中數(shù)據(jù)均采用平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 硒砂瓜連作對土壤理化性質(zhì)的影響

不同連作年限土壤pH均大于8, 為堿性土, 且土壤pH隨連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后減少趨勢, 以T15土壤pH最大; 與T0相比, T5-T25處理土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量均增加, 在T5中全氮、速效磷、全磷、速效鉀、堿解氮含量最高, T15中有機質(zhì)含量最高。從結(jié)果可知, 土壤綜合理化性質(zhì)與硒砂瓜連作年限不存在相關(guān)性。因此, 硒砂瓜連作障礙不是由于土壤理化性質(zhì)的改變所導(dǎo)致的(表1)。

表1 硒砂瓜連作對土壤理化性質(zhì)的影響

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

2.2 硒砂瓜連作土壤真菌群落OTU分析

高通量測序結(jié)果表明, 從7個樣本(3次重復(fù))21份土壤中共獲得1 500 251條高質(zhì)量的真菌基因序列, 平均閱讀長度為264.50 bp, 樣品中真菌有95%以上的序列長度都分布在221~360 bp, 將這些序列數(shù)以97%的序列相似性聚為4 005個不同的OTU。

2.3 硒砂瓜連作土壤真菌群落多樣性分析

2.3.1 硒砂瓜土壤樣本質(zhì)量檢測

基于Sobs指數(shù)的稀釋曲線分析表明, 隨著樣本測序量的增加, 各樣本的稀釋曲線基本趨向平坦, 獲得的序列足以完全捕獲真菌的多樣性, 說明測序數(shù)據(jù)合理, 達到測序要求, 更多的數(shù)據(jù)量只會產(chǎn)生少量新的物種, 能夠比較真實地反映土壤樣本的真菌群落(圖1)。

2.3.2 硒砂瓜連作土壤真菌Alpha多樣性指數(shù)分析

Alpha多樣性可以反映微生物群落的豐富度和多樣性。不同連作年限土壤真菌群落的多樣性指數(shù)如表2所。結(jié)果表明, 真菌群落多樣性為T15>T10>T20>T0>T30>T5>T25; 物種豐富度為T15>T10>T20>T0>T5> T30>T25。Alpha多樣性水平不同, 說明硒砂瓜長期連作會改變土壤真菌群落的組成和分布, T10、T15、T20中的物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均高于T0, 而T25、T30物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)低于T0。連作時間對土壤真菌多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)有一定的影響。

圖1 硒砂瓜連作土壤樣本在OUT水平Sobs指數(shù)稀釋曲線

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

2.4 硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

高通量測序結(jié)果表明, 所有土壤樣本中共有真菌8個門, 25個綱, 244個屬, 340個種。樣本整體真菌種類相似, 然而在不同分類水平上物種豐富度所占比例不同。在門水平, 物種豐度最高的是子囊菌門(Ascomycota), 其次是接合菌門(Zygomycota)、擔子菌門(Basidiomycota)和未分類真菌(unclassified_fungi), 豐度分別為56.38%~88.90%、8.21%~37.10%、4.50%~10.53%、1.49%~4.65%。T0中子囊菌門豐度最高, 隨著連作時間的增加, 子囊菌門豐度降低; 接合菌門隨連作時間增加, 豐度逐漸增加; 擔子菌門在T20中豐度最高(圖2)。

表2 硒砂瓜連作土壤真菌Alpha多樣性指數(shù)

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

對不同連作年限土壤真菌群落組成在綱水平進行分析, 豐度前5的物種分別為糞殼菌綱(Sordariomycetes)、norank_p_Zygomycota、散囊菌綱(Eurotiomycetes)、unclassified_p_Ascomycota、座囊菌綱(Dothidemycetes), 其中座囊菌綱在連作T15土壤中豐度最高(9.51%), 散囊菌綱在T20中豐度最高(35.39%), norank_p_Zygomycota在T25中豐度最高(37.10%), 其次是T30(34.29%)。隨著連作年限增加，土壤中真菌類群呈逐漸上升的趨勢, 其中糞殼菌綱數(shù)量逐漸減少, 新出現(xiàn)節(jié)擔菌綱(Wallemiomycetes)、盤菌綱(Pezizomycetes), 酵母綱(Saccharomycetes)則消失(圖3)。

進一步對豐度前30的物種在屬水平的Heatmap圖分析顯示, 豐度前5的屬分別為被孢霉屬()、綠僵菌屬()、假霉樣真菌屬()、鐮刀菌屬()、青霉屬()。被孢霉屬隨著連作年限的增加, 豐度逐漸增加; 綠僵菌屬在T0中豐度最高, 隨連作年限增加呈先增加后下降的趨勢; 假霉樣真菌屬在T5中豐度最高; 鐮刀菌屬隨連作年限增加呈先增加后下降的趨勢, 在T10中豐度最高; 青霉屬豐度隨連作年限增加出現(xiàn)先增加后下降的趨勢, 在T20中豐度最高(圖4)。

2.5 不同連作年限土壤真菌群落比較

基于Bray-Curtis距離算法對不同連作年限的硒砂瓜土壤真菌群落進行NMDS分析。結(jié)果顯示, 在T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30土壤中部分樣品的硒砂瓜土壤真菌群落間距離較近, 組成比較相似, 說明隨著連作年限的增加, 硒砂瓜土壤真菌群落組成趨于一致(圖5)。

圖2 硒砂瓜不同連作年限土壤真菌群落在門水平的相對豐度

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

圖3 硒砂瓜不同連作年限土壤真菌群落在綱水平相對豐度

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

圖4 硒砂瓜不同連作年限土壤真菌群落在屬水平Heatmap圖

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

圖5 硒砂瓜不同連作年限土壤真菌基于OTU水平的NMDS分析

T0、T5、T10、T15、T20、T25、T30分別指未種植硒砂瓜處理及連作5年、10年、15年、20年、25年和30年處理。T0, T5, T10, T15, T20, T25, and T30 refer to the treatments of non-planting and continuous cropping for 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years of selenium melon, respectively.

2.6 硒砂瓜連作土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明, 全磷、堿解氮、速效磷含量是影響土壤真菌群落最主要的因子。被孢霉屬豐富度與各土壤理化因子間沒有顯著的相關(guān)性, 綠僵菌屬豐富度與全鉀含量有顯著正相關(guān)性(<0.05), 假霉樣真菌屬豐富度與全磷、速效鉀間存在顯著(<0.05)和極顯著(<0.01)的正相關(guān)性, 鐮刀菌屬豐富度與全磷、堿解氮間存在極顯著的負相關(guān)性(<0.01), 青霉屬豐富度與pH間存在顯著正相關(guān)性(<0.05), 毛殼屬豐富度與速效鉀間存在顯著正相關(guān)性(<0.05)(表3)。

表3 土壤真菌優(yōu)勢菌(屬水平)豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

**< 0.01, *< 0.05.

3 討論

3.1 硒砂瓜連作對土壤真菌多樣性的影響

硒砂瓜是寧夏地區(qū)特有的經(jīng)濟作物。有研究表明, 由于長期的連作, 導(dǎo)致土壤肥力下降, 微生物群落多樣性降低, 存在潛在的土壤肥力衰退趨勢[17]。而在本研究中, 長期連作并未顯著改變土壤理化性質(zhì)。土壤微生物群落多樣性能夠反映土壤健康狀況, 同時微生物群落結(jié)構(gòu)和物種組成多樣性的增加能夠增加土壤微生態(tài)的穩(wěn)定性。真菌在土壤環(huán)境中廣泛存在, 對連作土壤中土傳病害的發(fā)生及作物正常發(fā)育有很大影響。本研究中, 長期連作土壤與對照相比, 真菌群落多樣性和豐富度指數(shù)呈先上升后下降趨勢。這一結(jié)果與采用磷脂酸生物標記的方法研究不同連作年限懷牛膝(Blume.)土壤微生物多樣性結(jié)果相似[18]。這可能是由于長期高強度的農(nóng)業(yè)耕作措施破壞了土壤穩(wěn)定結(jié)構(gòu), 減小微生物豐度和均勻度, 不利于土壤微生物的代謝, 導(dǎo)致微生物多樣性降低。由于硒砂瓜是壓砂種植, 對土壤性質(zhì)或土壤養(yǎng)分的影響較大, 進而使得土壤真菌群落分布不均。

3.2 硒砂瓜連作對真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

硒砂瓜土壤中, 在門水平上相對豐度依次為子囊菌門、接合菌門、擔子菌門, 與閻海濤等[19]和趙帆等[20]研究結(jié)果一致。隨著連作年限的增加, 微生物類群的改變和成分的變化會擾亂土壤微生態(tài)的平衡, 更嚴重的會導(dǎo)致植物的死亡[21]。大量研究表明, 微生物多樣性會受到連作時間的影響[22]。在本研究中, 隨著連作時間的增加子囊菌門豐度逐漸下降。Schoch等[23]研究表明, 子囊菌門在根際土壤有機物的降解中起著重要作用。據(jù)此推測子囊菌門可能與土壤有機質(zhì)降解及土壤肥力下降有關(guān)。接合菌門豐度隨連作時間的增加而增加, 是引發(fā)植物病害和破壞生物多樣性的來源之一[24]。因此, 病害的發(fā)生可能與子囊菌門及接合菌門豐度的變化有關(guān)。

植物的生長與土壤中各種微生物的生理活動密切相關(guān)[25]。而真菌在土壤環(huán)境中起著重要作用, 同時也是引起農(nóng)作物病害主要病原菌的來源[26], 其中鐮刀菌屬是土傳病害中主要的病原菌屬。本研究中, 被孢霉屬豐度隨連作時間的增加變化顯著, 而被孢霉屬是土壤中有益微生物, 具有溶解土壤中磷的功能[27], 并且能夠通過提供氮營養(yǎng)和提高植物的抗病性來促進植物的生長, 可能與植物的糖代謝有關(guān)[28]。鐮刀菌屬是硒砂瓜連作土壤中主要的有害屬[29], 是引起枯萎病的主要病害。此外, 研究發(fā)現(xiàn)青霉屬微生物在不同連作年限的土壤中均有分布, 其中在T20中含量最高, 而青霉屬真菌是自然界中生物有機成分的重要分解者, 能產(chǎn)生多種有活性的次生代謝產(chǎn)物, 以抵抗真菌、細菌等[30]。土壤微生物群落的組成主要是由土壤本身的性質(zhì)以及耕作方式、作物類型和管理模式等因素決定[21]。近年來, 不少研究認為多年在同一塊地種植相同作物, 會造成有益微生物數(shù)量減少及病原菌數(shù)量增加, 長此以往會影響植物的健康生長、正常發(fā)育等生命活動。如華菊玲等[31]研究表明連作會導(dǎo)致芽孢桿菌屬()微生物數(shù)量減少, 而尖孢鐮刀菌和青枯勞爾氏菌()數(shù)量顯著高于未連作土壤。除土壤環(huán)境中微生物數(shù)量變化, 土壤理化性質(zhì)的改變也會影響土壤微生物區(qū)系的變化。焦?jié)櫚驳萚32]研究發(fā)現(xiàn)連作可引起土壤理化性質(zhì)惡化, 土壤養(yǎng)分失衡, 酚酸類物質(zhì)積累, 最終導(dǎo)致微生物群落改變, 降低土壤的健康狀況, 影響馬鈴薯(L.)生長。在長期連作過程中, 病原菌以菌絲和分生孢子在植物殘骸或土壤中越冬, 在土壤中長久生存。本研究中, T5土壤中鐮刀菌屬豐度最低, 假霉樣真菌屬豐度最高; 在T10中鐮刀菌屬豐度最高, 而假霉樣真菌屬幾乎消失。由此可推測假霉樣真菌屬與鐮刀菌屬病原菌有一定相互作用, 其次與細菌群落中一些有益菌屬豐度增加有關(guān), 還需進一步驗證。

3.3 土壤理化性質(zhì)對真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

在連作條件下, 土壤理化性質(zhì)能夠更好地體現(xiàn)土壤的健康狀況, 并且能夠影響土壤微生物種群數(shù)量及分布, 不同植被的營養(yǎng)代謝活動導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分具有一定的差異[3]。在本研究中, 隨著連作時間延長, 土壤理化性質(zhì)與連作年限間并沒有顯著的相關(guān)性, 但土壤理化性質(zhì)與各真菌群落間有一定的相關(guān)性。Song等[6]研究黃連(Franch.)連作結(jié)果表明, 環(huán)境理化性質(zhì)可直接或者間接影響真菌的生長, 從而影響真菌群落。有研究表明, 土壤理化因子與土壤微生物群落顯著相關(guān), 土壤環(huán)境因子的改變, 會影響土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)[33-34]。本研究中, 全磷、堿解氮、有效磷是影響連作硒砂瓜土壤真菌群落的主要因子, 各理化因子會顯著影響相關(guān)真菌微生物群落, 其中全磷、堿解氮與鐮刀菌屬呈現(xiàn)顯著的負相關(guān), 說明全磷和堿解氮含量的增加會導(dǎo)致鐮刀菌屬豐度的減少, 因此, 推測在進行病原菌防治過程中, 可增加土壤中磷和氮含量抑制鐮刀菌屬病原菌的生長, 目前還沒有通過改變土壤理化性質(zhì)來防治病原菌的研究, 還需要進一步證明。

4 結(jié)論

隨著連作時間的增加, 土壤中真菌多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)先增加后減小, 連作改變了真菌群落在門和屬水平的群落組成, 全磷、堿解氮、有效磷含量是影響土壤真菌群落最主要的因子。土壤理化性質(zhì)與硒砂瓜連作年限沒有顯著的相關(guān)性, 與土壤中真菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著的相關(guān)性, 土壤養(yǎng)分的變化會顯著影響真菌微生物群落結(jié)構(gòu)。通過研究硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響, 為了解硒砂瓜連作條件下微生群落多樣性奠定基礎(chǔ), 也為后續(xù)研究連作障礙的生物防治提供研究基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

[1] TEDERSOO L, BAHRAM M, P?LME S, et al. Global diversity and geography of soil fungi[J]. Science, 2014, 346(6213): 1256688

[2] 商鴻生. 現(xiàn)代植物免疫學[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2013 SHANG H S. Modern Immunology of Plants[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2013

[3] 李銳, 劉瑜, 褚貴新, 等. 棉花連作對北疆土壤酶活性、致病菌及拮抗菌多樣性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2015, 23(4): 432–440 LI R, LIU Y, CHU G X, et al. Response of soil enzyme activity and microbial community structure, diversity to continuous cotton cropping in northern Xinjiang[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(4): 432–440

[4] 蔣婧, 宋明華. 植物與土壤微生物在調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中的作用[J]. 植物生態(tài)學報, 2010, 34(8): 979–988 JIANG J, SONG M H. Review of the roles of plants and soil microorganisms in regulating ecosystem nutrient cycling[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2010, 34(8): 979–988

[5] 趙帆. 不同連作年限草莓根際土壤微生物多樣性變化[D]. 合肥: 安徽大學, 2018 ZHAO F. Biodiversity of microorganism in rhizosphere soil of strawberry with different continuous cropping years[D]. Hefei: Anhui University, 2018

[6] SONG X H, PAN Y, LI L Y, et al. Composition and diversity of rhizosphere fungal community inFranch. continuous cropping fields[J]. PLoS One, 2018, 13(3): e0193811

[7] 紀莉景, 王連生, 栗秋生, 等. 西瓜枯萎病菌分離及致病力測定[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學, 2010, 14(8): 137–138 JI L J, WANG L S, LI Q S, et al. Isolation and pathogenicity determination of watermelon wilt[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences, 2010, 14(8): 137–138

[8] BOUGHALLEB N, EL MAHJOUB M. Frequency ofF. sp.and.F. sp.from watermelon seeds and their effect on disease incidence[J]. Research Journal of Parasitology, 2007, 2(1): 32–38

[9] LING N, DENG K Y, SONG Y, et al. Variation of rhizosphere bacterial community in watermelon continuous mono-cropping soil by long-term application of a novel bioorganic fertilizer[J]. Microbiological Research, 2014, 169(7/8): 570–578

[10] 袁旭東. 中寧縣無公害硒砂瓜機械化生產(chǎn)技術(shù)探討[J]. 當代農(nóng)機, 2017, (11): 61–63 YUAN X D. Discussion on mechanized production technology of pollution-free selenium sand melon in Zhongning County[J]. Contemporary Farm Machinery, 2017, (11): 61–63

[11] 單治彬, 孔金玲, 張永庭, 等. 面向?qū)ο蟮奶厣r(nóng)作物種植遙感調(diào)查方法研究[J]. 地球信息科學學報, 2018, 20(10): 1509–1519 SHAN Z B, KONG J L, ZHANG Y T, et al. Remote sensing investigation method of object-oriented crops with special characteristics[J]. Journal of Geo-Information Science, 2018, 20(10): 1509–1519

[12] 劉蘋, 趙海軍, 萬書波, 等. 連作對花生根系分泌物化感作用的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2011, 19(3): 639–644 LIU P, ZHAO H J, WAN S B, et al. Effect of continuous cropping on allelopathy of peanut root exudates[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(3): 639–644

[13] BOLGER A M, LOHSE M, USADEL B. Trimmomatic: A flexible trimmer for Illumina sequence data[J]. Bioinformatics, 2014, 30(15): 2114–2120

[14] EDGAR R C. Search and clustering orders of magnitude faster than BLAST[J]. Bioinformatics, 2010, 26(19): 2460–2461

[15] EDGAR R C. UPARSE: Highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads[J]. Nature Methods, 2013, 10(10): 996–998

[16] DESHPANDE V, WANG Q, GREENFIELD P, et al. Fungal identification using a Bayesian classifier and the Warcup training set of internal transcribed spacer sequences[J]. Mycologia, 2016, 108(1): 1–5

[17] KNUDSEN I M B, HOCKENHULL J, JENSEN D F. Biocontrol of seedling diseases of barley and wheat caused byand: Effects of selected fungal antagonists on growth and yield components[J]. Plant Pathology, 1995, 44(3): 467–477

[18] 王娟英, 許佳慧, 吳林坤, 等. 不同連作年限懷牛膝根際土壤理化性質(zhì)及微生物多樣性[J]. 生態(tài)學報, 2017, 37(17): 5621–5629 WANG J Y, XU J H, WU L K, et al. Analysis of physicochemical properties and microbial diversity in rhizosphere soil ofunder different cropping years[J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(17): 5621–5629

[19] 閻海濤, 殷全玉, 丁松爽, 等. 生物炭對褐土理化特性及真菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 環(huán)境科學, 2018, 39(5): 2412–2419 YAN H T, YIN Q Y, DING S S, et al. Effect of biochar amendment on physicochemical properties and fungal community structures of cinnamon soil[J]. Environmental Science, 2018, 39(5): 2412–2419

[20] 趙帆, 趙密珍, 王鈺, 等. 不同連作年限草莓根際細菌和真菌多樣性變化[J]. 微生物學通報, 2017, 44(6): 1377–1386 ZHAO F, ZHAO M Z, WANG Y, et al. Biodiversity of bacteria and fungi in rhizosphere of strawberry with different continuous cropping years[J]. Microbiology China, 2017, 44(6): 1377–1386

[21] MAZZOLA M, MANICI L M. Apple replant disease: Role of microbial ecology in cause and control[J]. Annual Review of Phytopathology, 2012, 50: 45–65

[22] 康亞龍, 孫文慶, 劉建國, 等. PLFA方法研究連作對加工番茄根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2017, 25(4): 594–604KANG Y L, SUN W Q, LIU J G, et al. Microbial community structure in rhizosphere soils of long-term continuously cropped processing tomato based on PLFA method[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(4): 594–604

[23] SCHOCH C L, SUNG G H, LóPEZ-GIRáLDEZ F, et al. The Ascomycota tree of life: A phylum-wide phylogeny clarifies the origin and evolution of fundamental reproductive and ecological traits[J]. Systematic Biology, 2009, 58(2): 224–239

[24] Burnham-Marusich A R, Breeana H, Kvam A J, et al. Conservation of Mannan Synthesis in fungi of the Zygomycota and Ascomycota reveals a broad diagnostic target[J]. mSphere, 2018, 3(3): e00094-18

[25] OLDROYD G E D. Speak, friend, and enter: Signalling systems that promote beneficial symbiotic associations in plants[J]. Nature Reviews Microbiology, 2013, 11(4): 252–263

[26] GOMES N C M, FAGBOLA O, COSTA R, et al. Dynamics of fungal communities in bulk and maize rhizosphere soil in the tropics[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2003, 69(7): 3758–3766

[27] ZHANG H S, WU X H, LI G, et al. Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and phosphate-solubilizing fungus (sp.) and their effects ongrowth and enzyme activities of rhizosphere and bulk soils at different salinities[J]. Biology and Fertility of Soils, 2011, 47(5): 543–554

[28] LIAO X G, FANG W G, LIN L C, et al.produces an extracellular invertase (MrINV) that plays a pivotal role in rhizospheric interactions and root colonization[J]. PLoS One, 2013, 8(10): e78118

[29] MANICI L M, KELDERER M, FRANKE-WHITTLE I H, et al. Relationship between root-endophytic microbial communities and replant disease in specialized apple growing areas in Europe[J]. Applied Soil Ecology, 2013, 72: 207–214

[30] 羅清, 彭程, 葉波平. 青霉屬真菌研究新進展[J]. 藥物生物技術(shù), 2016, 23(5): 452–456 LUO Q, PENG C, YE B P. New advances in research of the genus[J]. Pharmaceutical Biotechnology, 2016, 23(5): 452–456

[31] 華菊玲, 劉光榮, 黃勁松. 連作對芝麻根際土壤微生物群落的影響[J]. 生態(tài)學報, 2012, 32(9): 2936–2942 HUA J L, LIU G R, HUANG J S. Effect of continuous cropping of sesame on rhizospheric microbial communities[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(9): 2936–2942

[32] 焦?jié)櫚? 徐雪風, 楊宏偉, 等. 連作對馬鈴薯生長和土壤健康的影響及機制研究[J]. 干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2018, 36(4): 94–100 JIAO R A, XU X F, YANG H W, et al. Study on the effect and its mechanism of continuous cropping on potato growth and soil health[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2018, 36(4): 94–100

[33] 秦越, 馬琨, 劉萍. 馬鈴薯連作栽培對土壤微生物多樣性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2015, 23(2): 225–232 QIN Y, MA K, LIU P. Effect of potato continuous cropping on genetic diversity of soil microorganisms[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(2): 225–232

[34] HUHE, CHEN X J, HOU F J, et al. Bacterial and fungal community structures in loess plateau grasslands with different grazing intensities[J]. Frontiers in Microbiology, 2017, 8: 606

The effect of continuous cropping of selenium melon on soil fungal community structure*

FENG Cui’e, YUE Sijun**, JIAN Ani, CHEN Liping, GUO Yang, ZHENG Rui, SU Jianyu**

(College of Life Sciences, Ningxia University / Key Laboratory of Ministry of Education for Conservation and Utilization of Special Biological Resources in the Western China, Yinchuan 750021, China)

Selenium-melon is an important cash crop in Ningxia, but its yield and quality decrease when continuously cropped. The decrease may be related to soil fungal community changes that take place during continuous cropping, which was determined in this study. Soil samples from continuous cropping of selenium-melon were analyzed using Illumina Miseq high-throughput sequencing. The analysis showed that, after an initial increase, the diversity and density of the fungal community in the soil of continuous cropping decreased. Eight fungal phyla, 25 classes, and 244 genera were identified in the soil samples. Ascomycota and Zygomycota were the predominant phyla, accounting for > 90% of the fungi. The abundance decreased 32.51% for Ascomycota, but increased 29.89% for Zygomycota, after 30 years of continuous cropping. The most predominant genera were,,,and, and the abundance changes included a 45.81% increase forafter 5 years, a 26.74% increase forafter 10 years, a 26.83% decrease forafter 15 years, a 29.68% increase forafter 20 years, a 18.30% decrease forafter 25 years, and a 29.89% increase forafter 30 years of continuous cropping. Soil physical and chemical properties were not related to years of continuous cropping, but affected the fungal community structure. Soil total phosphorus, alkaline nitrogen, and available phosphorus were the most influential factors for fungal genus changes. A significant positive correlation was observed between the abundance ofand soil total potassium, between the abundance ofand soil total phosphorus and available potassium, and between the abundance ofand soil pH, whereas a significant negative correlation was observed between the abundance ofand soil total phosphorus and alkali-hydrolyzed nitrogen. Diminished production of selenium-melon in continuous cropping was related to soil fungal community changes rather than soil physicochemical properties, demonstrating that selenium-melon soil-borne diseases might be controlled through biological means.

Continuous cropping; Soil fungi; Community structure; High-throughput sequencing; Soil physicochemical properties; Selenium melon

YUE Sijun, E-mail: sijunyue@126.com; SU Jianyu, E-mail: su_jy@nxu.edu.cn

Aug. 7, 2018;

Nov. 26, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180746

S154.3

A

2096-6237(2019)04-0537-08

岳思君, 主要研究方向為微生物學, E-mail: sijunyue@126.com; 蘇建宇, 主要研究方向為工業(yè)微生物, E-mail: su_jy@nxu.edu.cn

馮翠娥, 主要研究方向為微生物技術(shù)與工程。E-mail: 13519291697@163.com

2018-08-07

2018-11-26

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31360025, 31560418) and Ningxia Key Research and Development Program (2017BY081).

* 國家自然科學基金項目(31360025, 31560418)和寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目(2017BY081)資助

馮翠娥, 岳思君, 簡阿妮, 陳麗萍, 郭洋, 鄭蕊, 蘇建宇. 硒砂瓜連作對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2019, 27(4): 537-544

FENG C E, YUE S J, JIAN A N, CHEN L P, GUO Y, ZHENG R, SU J Y. The effect of continuous cropping of selenium melon on soil fungal community structure[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(4): 537-544