有機(jī)肥對香蕉枯萎病及土壤主要理化性質(zhì)和微生物群落的影響

朱志炎 梁雪雁 林鳳玲 馬嘉榮 田志宏 李建雄

摘要：【目的】研究香蕉園施用有機(jī)肥防治香蕉枯萎病對土壤理化性質(zhì)及其根際土壤微生物群落的影響?！痉椒ā肯憬队酌缫圃灾敛^(qū)大田土壤中，處理組植株施用有機(jī)肥，并將未施用有機(jī)肥的植株設(shè)置為對照組。移栽后6個月統(tǒng)計(jì)處理組與對照組植株香蕉枯萎病發(fā)病率;采集土壤樣本，測定根際土壤的土壤肥力;提取根際土壤DNA，采用高通量測序技術(shù)，結(jié)合生物信息學(xué)分析，解析施用有機(jī)肥后香蕉根際土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性的變化?！窘Y(jié)果】施用有機(jī)肥提高了土壤pH值（14.85%）、全氮（25%）和全磷（19.04%）的含量，降低土壤全鐵含量（2.62%），香蕉枯萎病發(fā)病率下降了75%。和對照相比，子囊菌門（Ascomycota）與壺菌門（Chytridiomycota）的相對豐度分別提高了43.84%和90.64%，變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度則降低了18.4g%。施用有機(jī)肥料提高了青霉菌屬（Penicillium）、Gibellulopsis和籃狀菌屬（Talaromyces）等的相對豐度，比例分別為對照組的2 93倍、2 12倍和11.93倍。施用有機(jī)肥料后，香蕉根際土壤真菌群落Chaol指數(shù)、ACE指數(shù)與香農(nóng)（Shannon）指數(shù)得到提升，分別提升了39.81%、38.43%和86.85%?！窘Y(jié)論】施用有機(jī)肥料改善了土壤理化性質(zhì)，改變了根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，降低了香蕉枯萎病發(fā)病率。

關(guān)鍵詞：枯萎病;香蕉;高通量測序;細(xì)菌群落;真菌群落;有機(jī)肥

中圖分類號：S 432.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-0384（2021） 07-0806-11

Effects of Bio-organic Fertilizer on Physicochemical Properties and Microflora of

Banana Field Infected by Fusarium Wilt Disease

ZHU Zhiyan l.2，LIAN Xueyan 2， LIN Fengling 2， MA Jiarong 2， TIAN Zhihong 1， LI Jianxiong 2*

（1.School of Life Sciences， Yangtze University Jingzhou. Hubei 434025， China;2. South China Botanical Garden.

Chinese Academy of Sciences. Guanzhou， Guandong 510650， China）

Abstract： 【Objective】 Effects of a bio-organic fertilizer on physicochemical properties and microbial community inthizosphere soil of a banana field infected by Fusarium wilt disease were studied. 【Methods】 In a Fusarium wilt infectedbanana field. an random block design experiment on the application of a bio-organic fertilizer. Biofert. was conducted. Sixmonths after banana seedlings were transplanted to the field， thizosphere soil samples from lots with and without Biofertapplication were collected to determine the nutrient contents by chemical analysis and the microbial composition and diversityby high-throughput sequencing and bioinformatics analysis. 【Results】Compared to control， the application of Biofertincreased pH by 14.85%. the total N by 25%. and total P by 19.04%， but decreased the total Fe by 2.62% in the soil. whilelowered the incidence of Fusarium wilt on the plants by 75%. In the thizosphere soil. the Biofert-treated lots showed therelative abundance of. other than an 18.4g% decrease on Proteobacteria. increases by 43.84% on Ascomvcota. 90.64% onChvtridiomvcota. 293% on Penicillium. 212% on Gibellulopsis， and 1 193% on Talaromvces. 39.81% on fungal Chaol index，38.43% on ACE. and 86.85% on Shannon index. 【Conclusion】 Biofert application not only improved the soil quality butalso significanty altered the structure and diversity of the microbial commuunity in thizosphere soil and contributed to thereduced incidence of banana wilt disease

Key words： Fussarium wilt; Banana; high-throughput sequencing; bacterial community; fungal community; organic fertilizerBiofert

0 引言

【研究意義】香蕉枯萎?。˙anana FusariumWilt）是一種危害香蕉生長的土傳病害，嚴(yán)重限制了香蕉產(chǎn)量的提升[1.2]。香蕉枯萎病致病菌尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporumf sp.Cubense）分為4個生理小種，其中以4號生理小種（Fusarium oxysporum f.sp.Cubense Tropical Race 4）危害范圍最廣，毒性最強(qiáng)。致病菌存在于土壤中，可以伴隨著香蕉幼苗的移栽而跨區(qū)域傳播[3]。通常致病菌通過侵染香蕉根系，在香蕉根部增殖，最終在香蕉原球莖聚集，導(dǎo)致原球莖中部變褐。原球莖的損傷限制了營養(yǎng)從根部流入葉片，造成香蕉葉片枯萎、黃化。病情嚴(yán)重的香蕉整株倒伏，直至絕產(chǎn)[4]。目前尚無控制香蕉枯萎病病害發(fā)生的有效措施，因此，探討該病的有效防控途徑迫在眉睫?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】香蕉枯萎病的防治措施主要包括選育抗性品種、化學(xué)防治、輪作、生物防治等方法[5]。生物防治作為研究綜合防治香蕉枯萎病的措施之一，具有兼防兼治、無污染、利于環(huán)境保護(hù)和人畜安全的優(yōu)點(diǎn)，且符合發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)的要求，備受人們重視[6]。Li[2]、ZHU等[7]研究發(fā)現(xiàn)鏈霉菌H4的代謝物可以抑制鐮刀菌孢子的萌發(fā)，促進(jìn)細(xì)胞膜的降解，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的外泄，在盆栽試驗(yàn)中，具有一定防治香蕉枯萎病的效果。Cheng等[8]利用植物內(nèi)生真菌印度梨形孢定殖于香蕉根部，提高香蕉體內(nèi)抗氧化酶活性，抵御香蕉枯萎病病原菌TR4的侵染。生物防治在植物病蟲害防治研究方面起到積極作用，含有生防菌的有機(jī)肥料更是引起越來越多的關(guān)注。施用含有生防菌的有機(jī)肥具有改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)植物生長等優(yōu)點(diǎn)[9]。研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥料還有修復(fù)土壤的作用，能夠使遭到破壞的細(xì)菌群落得到恢復(fù)[10]。含有解淀粉芽孢桿菌NJN-6的香蕉專用生物有機(jī)肥的施用能夠降低香蕉枯萎病發(fā)病率，促進(jìn)香蕉植株生長，增加香蕉產(chǎn)量，減少土壤尖孢鐮刀菌和真菌數(shù)量，增加細(xì)菌尤其是芽孢桿菌數(shù)量，并能提高土壤pH值、酶活力和硝態(tài)氮含量[11]。Tao等[12]研究表明添加了芽孢桿菌的有機(jī)肥料不僅可以改變土壤的理化性質(zhì)，而且能夠促進(jìn)土壤中假單孢菌的功能增強(qiáng)。作物輪作中施用有機(jī)肥料也能在一定程度上防控枯萎病的發(fā)生，如在辣椒和香蕉輪作過程中，輪作辣椒配施生物有機(jī)肥降低了香蕉枯萎病的發(fā)病率[13]。隨著在香蕉生產(chǎn)上施用化肥造成的土壤問題日益突出，通過降低化肥的施用量，增施有機(jī)肥料使土壤肥力及微生物菌群得到改善，成為生產(chǎn)上病區(qū)大田防治香蕉枯萎病的一種值得研究的手段?！颈疚难芯壳腥朦c(diǎn)】有機(jī)肥在病區(qū)大田土壤中防治香蕉枯萎病研究報(bào)道不多，大多數(shù)研究主要集中在抑制致病菌生長以及溫室盆栽苗的研究上，直接應(yīng)用于大田香蕉枯萎病防治的探索報(bào)道較少。有機(jī)肥在大田中是否可以降低香蕉枯萎病發(fā)病情況及施用有機(jī)肥料后對病區(qū)土壤中微生物群落多樣性的影響有待進(jìn)一步研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究對采白廣東省惠州市龍門縣病區(qū)大田未施用有機(jī)肥的植株與施用有機(jī)肥的植株的發(fā)病率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析，并基于高通量測序技術(shù)對根際土壤中真菌與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期揭示施用有機(jī)肥后根際土壤中真菌與細(xì)菌的變化情況，探尋香蕉枯萎病發(fā)生與根際土壤微生物群落變化的微生態(tài)機(jī)制，從而為指導(dǎo)香蕉枯萎病的防控提供基礎(chǔ)信息支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

巴西蕉（Musa acuminateL AAA group）[14.15]由中國科學(xué)院華南植物園蘭花組培研究組提供，有機(jī)肥（黃腐酸鉀、氨基酸、腐殖酸、煙粉、發(fā)酵玉米芯、EDTA-B、EDTA-Zn、EDTA-Ca、神農(nóng)共生菌與EM菌）由湖北龍旗生物科技有限公司提供。

1.2主要試劑和儀器

土壤基因組提取試劑盒（E.Z.N.A.?Soil DNAKit），MP Bio medicals公司;測序建庫試劑盒（NEBNext?UltraTM DNA Library Prep Kit for Illumina@），Illumina公司。DNA定量儀和MiSeq測序儀，Illumina公司;NanoDrop 2000紫外可見分光光度計(jì)、高速冷凍離心機(jī)、小型臺式離心機(jī)與PCR儀，賽默飛世爾科技公司。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

巴西蕉幼苗（感病品種）[16]生長至4葉幼苗，將長勢一致的幼苗移栽至病區(qū)大田，60株幼苗隨機(jī)分成處理組和對照組。處理組（ BIO）植株用500 g有機(jī)肥在根附近采用穴施;對照組（ CK）不做任何處理。巴西蕉生長6個月后，進(jìn)行樣品采集，隨機(jī)挑取6株，鏟除表層土壤后，將整株連根拔起，去除附著于根部的大塊土壤，抖落并收集須根2 mm范圍的土壤，進(jìn)行混合。處理組3次重復(fù)，樣品分別為BIOI、BI02與BI03;對照組3次重復(fù)樣品分別為CK1、CK2與CK3。樣品采集后放入低溫保藏箱，迅速保存80℃冰箱備用。

1.4土壤部分理化性質(zhì)分析及病區(qū)土壤病原菌的分離

土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法，有所修改;土壤中全磷含量測定采用酸溶法;土壤pH采用電位法;全鐵采用氫氟酸一高氯酸一硝酸消煮法;土壤含水量參考烘干法[17]。香蕉枯萎病菌（Fusariumoxysporum f.sp.Cubense Tropical Race 4）TR4的分離采用梯度稀釋法，分離培養(yǎng)基參考Diane等[18]。香蕉枯萎病病原菌TR4初步鑒定采用的引物序列為（TR4特異性擴(kuò)增片段大小為463 bp）：TR4-F（5'_CACGTTTAAGGTGCCATGAGAG-3 '）. TR4-R（5'-GCCAGGACTGCCTCGTGA-3，）[19]。

1.5 ITS與16S文庫構(gòu)建及高通量測序

提取樣品總DNA后，根據(jù)保守區(qū)設(shè)計(jì)得到引物，在引物末端加上測序接頭，進(jìn)行PCR擴(kuò)增并對其產(chǎn)物進(jìn)行純化、定量和均一化形成測序文庫，建好的文庫先進(jìn)行文庫質(zhì)檢，質(zhì)檢合格的文庫用IlluminaHiSeq 2500進(jìn)行測序。

（1） PE reads拼接：使用FLASH vl.2.7軟件[20]，通過overlap對每個樣品的reads進(jìn)行拼接，得到的拼接序列即原始Tags數(shù)據(jù)（RawTags）;

（ 2） Tags過濾：使用Trimmomatic v0.33軟件[21]，對拼接得到的Raw Tags進(jìn)行過濾，得到高質(zhì)量的Tags數(shù)據(jù)（Clean Tags）;

（3）去除嵌合體：使用UCHIME v4.2軟件，鑒定并去除嵌合體序列，得到最終有效數(shù)據(jù)（ EffectiveTags）。

1.6生物信息學(xué)分析

對97%相似度序列使用UPARSE軟件[22]進(jìn)行操作分類單元（ operational taxonomic units，OTU）聚類。對每條序列進(jìn)行物種分類注釋。聚類后的OTU用于稀釋曲線的構(gòu)建、Alpha多樣性分析（ACE指數(shù)、Chaol指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)以及Coverage指數(shù)）、Beta多樣性分析、物種組成及差異分析等。使用Mothur軟件，對各個樣品的Alpha多樣性指數(shù)進(jìn)行評估。使用QIIME軟件進(jìn)行Beta多樣性（Betadiversity）分析?；贐eta多樣性分析得到的距離矩陣，使用R語言工具繪制的PCoA圖。采用LefSe（ Line Discriminant Analysis（ LDA） Effect Size）在不同組間尋找具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的Biomarker。根據(jù)各個物種在各個樣品中的豐度以及變化情況，進(jìn)行Sparcc相關(guān)分析并篩選相關(guān)性大于0.1且P值小于0.05的數(shù)據(jù)構(gòu)建相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)。使用PICRUSt2軟件采用將待預(yù)測的特征序列與軟件中已有的系統(tǒng)發(fā)育樹中進(jìn)行物種注釋，使用IMG微生物基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行功能信息的輸出進(jìn)而推測樣本中的功能基因組成，從而分析不同樣本或分組之間在功能上的差異。上述分析均在百邁客生物云網(wǎng)站平臺（ https：//developer-platform.biocloud.net/）完成。

1.7數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與圖表制作，用單因素方差分析（ ANOVA）進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)定為P<0.05。采用Usearch軟件進(jìn)行操作分類單元（OTU）聚類分析。對于97%相似水平下的OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計(jì)分析?；贠TU聚類分析以及各個水平分類下的物種對比結(jié)果，利用QIIME2軟件對OTU進(jìn)行多樣性分析?；诜诸悓W(xué)信息，在各個分類水平上進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析并統(tǒng)計(jì)各樣品組成。細(xì)菌16S rRNA基因V3～V4區(qū)采用SILVA細(xì)菌數(shù)據(jù)庫，使用樸素貝葉斯分類器對特征序列進(jìn)行分類學(xué)注釋;真菌ITSI區(qū)以UNITE為參考數(shù)據(jù)庫使用樸素貝葉斯分類器對特征序列進(jìn)行分類學(xué)注釋。

2結(jié)果與分析

2.1有機(jī)肥對田間香蕉枯萎病發(fā)病率的影響

在大田試驗(yàn)中，挑選一塊香蕉種植常年發(fā)病區(qū)域，進(jìn)行巴西蕉病區(qū)種植試驗(yàn)。通過施用有機(jī)肥可以有效降低香蕉枯萎病發(fā)病率（圖1）。施用有機(jī)肥后，有效降低香蕉枯萎病發(fā)病率，使發(fā)病率維持在20%（表1），香蕉枯萎病發(fā)病率下降75%。對土壤致病菌進(jìn)行分離，得到3株形態(tài)疑似致病菌尖孢鐮刀菌菌株。通過TR4特異性引物擴(kuò)增，1號分離株與2號分離株中擴(kuò)增出大小為463 bp的片段，初步得出菌株1、2為當(dāng)?shù)叵憬犊菸≈虏【闠R4（圖2）。

2.2有機(jī)肥對土壤部分理化性質(zhì)分析

采集香蕉根際土壤，進(jìn)行理化性質(zhì)分析。發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥植株土壤pH為5.8，未施用有機(jī)肥植株土壤pH為5.05，表明施用有機(jī)肥能使植株土壤pH值增加0.75個pH值，差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。而各土壤樣品在含水量方面均無顯著差異，為23%--26%。未施用有機(jī)肥植株土壤含氮量為0.16%，施用有機(jī)肥后，土壤含氮量為0.20%。未施用有機(jī)肥的植株土壤含磷量為0.08%，施用有機(jī)肥后，土壤含磷量為0.10%。施用有機(jī)肥的植株土壤同未施用有機(jī)肥植株在含氮量與含磷量之間的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。施用有機(jī)肥的植株含鐵量顯著低于未施用有機(jī)肥的植株含鐵量（表1）。

2.3香蕉植株根際土壤細(xì)菌與真菌擴(kuò)增子測序與物種多樣性分析

所有樣品獲得總共459741條16S rRNA基因序列與471 682條真菌ITS基因序列，平均每份土壤中真菌與細(xì)菌序列數(shù)分別為78613條與76623條?；?7%的序列一致性分析，這些序列分別得到1707個細(xì)菌OTU與577個真菌OTU。所有樣品的真菌與細(xì)菌稀釋曲線表明隨著測序條數(shù)的增加，曲線趨于平緩，樣品測序充分（圖3）。

對細(xì)菌與真菌結(jié)構(gòu)的豐富度（ACE和Chaol）和群落結(jié)構(gòu)多樣性（Shannon指數(shù)）進(jìn)行了分析（表2），研究表明BIO處理后，相對于CK處理，真菌微生物群落的豐富度與多樣性顯著增加。然而，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的豐富度（ACE和Chaol）并未有顯著性差異。

2.4香蕉植株根際土壤細(xì)菌與真菌的Beta多樣性分析

基于Bray-Curtis算法的主坐標(biāo)分析法（PCoA）可以揭示土壤微生物群落結(jié)構(gòu)之間的差異（圖4）。在土壤真菌群落方面，BIO處理同CK處理間表現(xiàn)出明顯差異。在所有變量數(shù)據(jù)中，最主要的2種因素分別可以影響70.68%與72.82%的細(xì)菌與真菌群落結(jié)構(gòu)。其中，最重要的因素（ PCl）分別影響39.92%與41.02%的細(xì)菌與真菌群落結(jié)構(gòu)。

2.5香蕉植株根際土壤細(xì)菌與真菌的物種豐度以及顯著性差異分析

用土壤樣品中豐度前10的真菌與細(xì)菌門類來分析土壤微生物群落種群組成的變化（圖5）。變形菌門（Proteobacteria）、藍(lán)細(xì)菌門（Cyanobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、綠灣菌門（Chloroflexi）和擬桿菌門（Bacteroidetes）是所有樣品中豐度最高的6個細(xì)菌門類，占各樣品所有測序序列80%以上。施用有機(jī)肥料后，在這些豐度較高的細(xì)菌門類中，藍(lán)細(xì)菌門（Cyanobacteria）和擬桿菌門（Bacteroidetes）豐度提升，而變形菌門（Pro teobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）與放線菌門（Actinobacteria）的豐度降低，綠灣菌門（Chloroflexi）差異不顯著。在樣品真菌門類中，子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）是所有樣品中豐度最高的兩種真菌門類，子囊菌門（Ascomycota）在施用有機(jī)肥后，豐度顯著增加，而擔(dān)子菌門（Basidiomycota）明顯下降。其余8個真菌門類，施用有機(jī)肥后未表現(xiàn)出顯著差異。

在微生物屬水平差異方面，施用有機(jī)肥料后，比較豐度前20個屬的差異，結(jié)果表明施用有機(jī)肥料的根際土壤微生物群落中Coleofasciculaceae與SC-I-84多于未施用有機(jī)肥料土壤。而土壤中Paraburkholderia和Elsterales豐度降低。在土壤微生物群落中真菌前20個屬中，施用有機(jī)肥料后籃狀菌屬（Talaromyces）、Xenomyrothecium、Plectosphaerella、 殼多孢屬（Stagonospora）和圓孢霉屬（ Staphylotrichurm）豐度提升顯著，然而未有真菌屬水平表現(xiàn)出顯著降低。鐮刀菌屬作為所有樣品中最主要的屬，在BioFOC處理與FOC處理中分別占10.87%與8.26%，兩者差異未達(dá)到顯著水平。

用LEfSe分析進(jìn)行組間真菌與細(xì)菌各分類水平的差異顯著性分析（圖6）。BIO根際土壤中，在芽單孢菌門（Gemmatimonadetes）菌門中表現(xiàn)出最大的豐度差異。而且BIO根際土壤中，例如溶桿菌屬（Lvsobacter）、壤紅桿菌屬（Solirubrobacter）、黃色土源菌屬（Flavisolibacter）和稻田土壤菌屬（Oryzihumus）等菌屬的豐度也提升了。在真菌方面，BIO根際土壤中子囊菌屬（Ascomiycota）、Gibellulopsis、籃狀菌屬（Talaromyces）與Condenascus變得更加豐富（圖6-B）。

2.6香蕉植株根際土壤細(xì)菌與真菌的物種間相關(guān)分析

用Sparcc相關(guān)性進(jìn)行BIO處理與CK處理根際土壤中微生物群落真菌與細(xì)菌之間的相關(guān)性分析（表3）。細(xì)菌微生物群落分析了50個屬之間的相關(guān)性，結(jié)果表明BIO處理根際土壤微生物中，50個屬之間的相互抑制關(guān)系占據(jù)主要狀態(tài);而在CK處理根際土壤微生物中，50個屬之間的互相促進(jìn)關(guān)系呈現(xiàn)主要趨勢。土壤真菌微生物群落也進(jìn)行了50個屬之間相互關(guān)系的分析，發(fā)現(xiàn)BIO處理中，土壤真菌微生物屬之間表現(xiàn)出更加緊密的聯(lián)系，在BIO處理土壤中，木霉屬（Trichodema）與鐮刀菌屬（Fusarium）呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，而未有真菌屬體現(xiàn)出與鐮刀菌屬（Fusarium）呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（表3）。在CK處理土壤中，葡萄穗霉屬（Stachybotrvs）與鐮刀菌屬（Fusarium）呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。而在BIO組土壤中未有真菌屬與鐮刀菌屬（Fusarium）呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.7香蕉植株根際土壤細(xì)菌與真菌的物種豐度與香蕉枯萎病病情指數(shù)相關(guān)性分析

香蕉枯萎病是由于致病菌尖孢鐮刀菌（Fusariumoxyspoum f.sp.Cubense）引起的。在屬水平，表4展示了豐度前20的細(xì)菌和真菌屬。在細(xì)菌屬水平上，黃色桿菌屬（Xanthobacteraceae）與香蕉枯萎病發(fā)病顯示出負(fù)相關(guān)（P<0.05）。在真菌屬水平上，鐮刀菌屬（Fusarium）同香蕉枯萎病發(fā)病表現(xiàn)出正相關(guān)（P<0.05），而青霉菌屬（Penicillium）同香蕉枯萎病發(fā)病表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)（P<0.05）。

2.8有機(jī)肥料對根際土壤微生物群落功能影響

通過KEGG代謝途徑的差異分析，可以觀測不同分組的樣品之間微生物群落的功能基因在代謝途徑上的差異和變化，是研究群落樣本為適應(yīng)環(huán)境變化發(fā)生的代謝功能改變的有效手段。分析得到的結(jié)果如圖7。涉及能量代謝（ Energy metabolism）、輔助因子與維生素代謝（ Metabolism of cofactors andvitamins）、復(fù)制與修復(fù)（Replication and repair）、核苷酸代謝（ Nucleotide metabolism）與免疫系統(tǒng)（Immunesystem）的通路，在有機(jī)肥（BIO）處理中都得到增強(qiáng)。3討論與結(jié)論

香蕉枯萎病在全球呈現(xiàn)出不斷蔓延的態(tài)勢，嚴(yán)重影響了我國香蕉產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。在植物病害防治方面，主要存在化學(xué)防治、物理防治與生物防治。由于化學(xué)防治涉及生態(tài)環(huán)境問題，目前研究主要集中采用生物防治手段[23]。Zuo等[24]研究發(fā)現(xiàn)韭菜浸出液可以抑制TR4生長，能夠降低香蕉枯萎病病情。對病原菌具有有效防控的有機(jī)肥料，可以作為重要的生物防治劑[25]。因此，對有機(jī)肥的作用機(jī)制的研究可以有效地幫助我們更好地分析與改進(jìn)有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的生物防治功能[26]。

本研究中，在大田試驗(yàn)下，有機(jī)肥料的應(yīng)用顯著提高香蕉根際土壤pH、增加土壤中全氮與全磷含量。這與前人研究有機(jī)肥料可以改善土壤結(jié)構(gòu)與改良土壤理化性質(zhì)相一致[27]。有機(jī)肥中的添加菌印度梨形孢（Piriformospora indica）具有多種多樣功能，可以提高土壤中氮與磷的含量，促進(jìn)植物生長[28]。施用有機(jī)肥后，提高香蕉根際土壤全氮與全磷含量，供給香蕉根部更多營養(yǎng)物質(zhì)。有機(jī)肥料施用后，香蕉枯萎病發(fā)病率顯著降低，土壤中全鐵含量減少也達(dá)到顯著水平。一些對病原菌具有抑制效果的細(xì)菌，能夠分泌嗜鐵素，通過結(jié)合土壤中的Fe，進(jìn)而降低土壤中Fe含量，抑制病原菌生長，降低病害發(fā)生比率[29]。香蕉枯萎病病原菌尖孢鐮刀菌產(chǎn)生鐮刀菌酸加速其侵染香蕉根部，并造成香蕉球莖的腐爛[30]。pH4.0～5.5的偏酸性土壤適宜尖孢鐮刀菌繁殖，而pH為中性或以上土壤均不利于該菌生長[31]。土壤pH為酸性的條件下有利于尖孢鐮刀菌產(chǎn)生鐮刀菌酸，鐮刀菌酸的產(chǎn)生與菌絲生長呈現(xiàn)出正相關(guān)[32]。保持偏中性的土壤pH值，對香蕉枯萎病病原菌的繁殖與鐮刀菌酸的代謝產(chǎn)生限制作用，從而預(yù)防香蕉枯萎病的發(fā)生值得進(jìn)一步研究。本研究的有機(jī)肥料具有在香蕉枯萎病病區(qū)大田中穩(wěn)定土壤pH值以及降低土壤中Fe含量的作用。研究結(jié)果與之前發(fā)表文章一致[33]，表明本研究的有機(jī)肥料可以通過穩(wěn)定香蕉根際土壤pH、減少全鐵含量、增加土壤中全氮與全磷含量有效降低香蕉枯萎病的發(fā)病率。

微生物群落組成與結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥后，顯著提高土壤微生物群落中真菌的豐富度與多樣性。微生物群落的豐富性與多樣性的提高，可以促使微生物群落具有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)去應(yīng)對逆境環(huán)境。在微生物群落相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)圖中，施用有機(jī)肥后的真菌之間也具有更加緊密的聯(lián)系[34]。在屬水平，表4展示了豐度前20的屬。涉及與香蕉枯萎病發(fā)病相關(guān)的細(xì)菌屬中，黃色桿菌（Xanthobacteraceae）與香蕉枯萎病發(fā)病顯示出負(fù)相關(guān)。在真菌屬水平上，香蕉枯萎病是由于致病菌尖孢鐮刀菌（Fusariumoxyspoum f sp.cubense）引起的，分析結(jié)果顯示鐮刀菌屬（Fusarium）同香蕉枯萎病發(fā)病表現(xiàn)出正相關(guān)（P<0.05），而真菌結(jié)構(gòu)中青霉菌屬（Penicillium）同香蕉枯萎病發(fā)病表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)（P<0.05）。施用有機(jī)肥料后，Penicillium的相對豐度提升。青霉菌屬（Penicillium）中真菌可以分泌一種新型抗真菌蛋白，具有生物防治應(yīng)用前景[35]。根際土壤微生物相關(guān)性分析結(jié)果表明，有機(jī)肥料處理后，真菌結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)出木霉菌屬（Trichodema）與鐮刀菌屬（Fusarium）呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，前人研究木霉菌屬（Trichodema）對于多種病原菌具有良好的抑制作用[36]。綜合來看，通過微生物結(jié)構(gòu)的分析，為我們提供了進(jìn)行下一步研究的方向，青霉菌屬（Penicillium）與木霉菌屬（Trichodema）能夠可以成為今后生物防控香蕉枯萎病研究的候選菌屬。

本研究表明，有機(jī)肥料可以改良香蕉根際土壤部分理化性質(zhì)，施用有機(jī)肥料植株土壤能使其土壤pH值增加0.75，增加土壤全氮與全磷含量，降低全鐵含量，有效降低香蕉枯萎病發(fā)病率，改善土壤微生物結(jié)構(gòu)。通過以下改善微生物結(jié)構(gòu)途徑來降低香蕉枯萎病發(fā)病率：（1）增加土壤中真菌的豐富度與多樣性;（2）提升土壤中對致病菌尖孢鐮刀菌的抑制菌種豐度;（3）促進(jìn)土壤中與香蕉枯萎病發(fā)病顯著負(fù)相關(guān)的菌種生長。

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（責(zé)任編輯：黃愛萍）

收稿日期：2020-11-19初稿;2021-03-16修改稿

作者簡介：朱志炎（1989-），男，博士研究生，研究方向：植物病理（E-mail： 420905220@qq.com）

*通信作者：李建雄（1969-），男，博士，研究員，研究方向：植物病理（E-inail： jxli@scbgaccn）

基金項(xiàng)目：中國科學(xué)院STS區(qū)域重點(diǎn)項(xiàng)目（KFJ-STS-QYZX-044）;廣東省農(nóng)業(yè)廳委托研究項(xiàng)日（Y434121002）