不同輪作模式下高發(fā)小麥赤霉病土壤真菌多樣性變化

路 妍，高 健，康文欽，袁喜麗，景 嵐

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.烏拉特中旗農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 烏拉特中旗 015300)

小麥赤霉病又稱爛穗病，是由禾谷鐮孢菌復(fù)合種(Fusariumgraminearumcomplex)侵染引起的災(zāi)害性病害[1]，世界各地均有發(fā)生，溫暖濕潤(rùn)地區(qū)發(fā)生尤為嚴(yán)重[2]。該病害在我國(guó)主要發(fā)生在南方冬麥區(qū)，如長(zhǎng)江中下游、川滇冬麥區(qū)和華南冬麥區(qū)等地，經(jīng)常流行成災(zāi)，已成為小麥主產(chǎn)區(qū)威脅最大的流行性病害[2]。東北春麥區(qū)由于雨熱同季，也發(fā)生嚴(yán)重，2010年以來病害呈現(xiàn)向北方擴(kuò)展的趨勢(shì)[3]。2019年，黑龍江省6，7月降雨偏多，造成赤霉病偏重流行。

赤霉病不僅直接造成減產(chǎn)，同時(shí)由于病粒含有脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)和玉米赤霉烯酮(ZEN)等真菌毒素，人、畜誤食病粒后會(huì)引起發(fā)熱、嘔吐、腹瀉流產(chǎn)、死胎等中毒反應(yīng)，還有致癌、致畸和誘變的作用，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致死亡[4]。因此，我國(guó)規(guī)定小麥及其產(chǎn)品中DON和ZEN含量不得超過1 mg/kg和60 μg/kg。近年來，毒素污染問題時(shí)有發(fā)生，赤霉病高發(fā)地區(qū)毒素超標(biāo)問題較為嚴(yán)重[5]。

在東北春麥區(qū)小麥赤霉病主要以菌絲、子囊殼在病株和麥殼上越冬，是第2年的主要初侵染源。秸稈還田導(dǎo)致田間赤霉病菌菌源量顯著增加，根際土壤生態(tài)環(huán)境惡化[6]。土壤微生物是土傳病害發(fā)生的引擎。農(nóng)田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)主要受耕作方式和管理模式的影響。作物輪作模式下，由于多種作物組合，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)較單一作物模式發(fā)生變化，影響了土壤的生態(tài)功能[7]。目前，已有關(guān)于適宜作物通過與病原菌非寄主植物的輪作而顯著降低土壤中的病原菌數(shù)量的報(bào)道。王保通等[8]研究發(fā)現(xiàn)，油菜和小麥輪作降低了小麥全蝕病(Gaeumannomycesgraminis)的發(fā)病率。張麗紅等[9]報(bào)道，利用菊花—生菜—辣椒輪作增加了根圍芽孢桿菌數(shù)量，可使真菌數(shù)量降低。Cobo-Díaz等[10]研究發(fā)現(xiàn)，高適應(yīng)性的拮抗微生物組合，對(duì)赤霉病防控有積極作用。加拿大、埃及和美國(guó)學(xué)者揭示了非洲傳統(tǒng)作物禾參的根圍細(xì)菌通過釋放殺菌物質(zhì)阻斷赤霉菌對(duì)小麥根部的侵染[11]。于高波等[12]研究發(fā)現(xiàn)，小麥、毛苕子與黃瓜輪作有利于緩解黃瓜連作障礙，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高黃瓜產(chǎn)量。

本研究利用ITS2擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)，對(duì)東北春麥區(qū)幾種作物輪作種植模式下，土壤微生物群落組成、多樣性及小麥赤霉菌(Gibberellazeae)含量等特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，以期揭示不同種植模式下土壤微生物類群特征以及對(duì)小麥赤霉菌含量的影響，為適宜的輪作系統(tǒng)推廣提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于額爾古納市拉布大林農(nóng)場(chǎng)(50°14′ N，120°08′ E)。該地區(qū)屬于大陸性亞寒帶氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)，夏季溫涼短促、降雨相對(duì)集中，秋季降溫急劇，冬季寒冷漫長(zhǎng)，年平均氣溫-5～-1 ℃，晝夜溫差大，雨熱同季。土質(zhì)肥沃，自然肥力高，耕地集中連片。主要作物有春小麥、油菜、馬鈴薯、玉米、莜麥等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：小麥-小麥-馬鈴薯輪作(T)、小麥-小麥-水飛薊輪作(MT)、小麥-小麥-油菜輪作(R)、小麥-小麥-甜菜輪作(S)、小麥-小麥-小麥連作(W)，以小麥連作3 a為對(duì)照。5個(gè)處理的試驗(yàn)地在2018，2019年連續(xù)種植小麥，2020年5月2日播種各處理，每個(gè)小區(qū)試驗(yàn)面積為6.67 hm2，不同處理的土壤肥力及管理方式相同，全程機(jī)械化種植，聯(lián)合收獲秸稈直接還田。

1.3 土壤樣品采集

2020年秋于作物收獲后采集土壤樣品，將小麥、馬鈴薯、油菜、甜菜和水飛薊整株拔出，除去根系周圍大塊土，收集根系周圍土壤樣品。每個(gè)小區(qū)5點(diǎn)取樣，共采集 25份土壤樣品，-80 ℃ 冰箱保存，用于DNA提取。

1.4 土壤微生物總DNA的提取和測(cè)序

1.4.1 土壤微生物總DNA提取 采用E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit試劑盒(OMEGA)的方法進(jìn)行樣本基因組DNA提取，并利用Qubit 3.0 DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)基因組DNA進(jìn)行精確定量。

1.4.2 目標(biāo)片段PCR擴(kuò)增及測(cè)序 引物設(shè)計(jì)以ITS2區(qū)的序列為靶目標(biāo)，引物序列為：fITS7(5′-GTGARTCA

TCGAATCTTTG-3′)和ITS4(5′-TCCTCCGCTTATTGATA

TGC-3′)。PCR總反應(yīng)體系為42.5 μL(Pusion Hot start flex 2X Master Mix 12.5 μL、Forward Primer 2.5 μL、Reverse Primer 2.5 μL、DNA模板50 ng、H2O 25 μL)；PCR反應(yīng)條件：98 ℃，30 s； 98 ℃，10 s；54 ℃，30 s；72 ℃，45 s，35個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min；4 ℃，∞。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物通過2%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后，回收目標(biāo)片段，回收使用回收試劑盒(AMPure XT beads)。對(duì)純化后的PCR產(chǎn)物經(jīng)Oubit對(duì)文庫(kù)進(jìn)行定量。文庫(kù)檢測(cè)合格后，使用MiSeq測(cè)序儀進(jìn)行2×300 bp的雙端測(cè)序，應(yīng)用試劑為MiSeq Reagent Kit V3。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Cutadapt[13]先對(duì)reads進(jìn)行低質(zhì)量部分剪切，截去Barcode和引物序列，采用FLASH[14](Fast Length Adjustment of Short reads，v1.2.8，F(xiàn)ALSH) 將每一對(duì)paired-end reads拼接合并成一條更長(zhǎng)的tag，對(duì)測(cè)序reads進(jìn)行窗口法質(zhì)量掃描，掃描窗口默認(rèn)為100 bp，當(dāng)窗口內(nèi)平均質(zhì)量值低于20時(shí)，將read從窗口起始到3′終止的部分截掉，去除截短后長(zhǎng)度小于100 bp的序列，去除截短后N(不確定模糊堿基)的含量在5%以上的序列，初步質(zhì)控得到原始數(shù)據(jù)。然后采用Vsearch[15](v2.3.4，Vsearch)軟件將嵌合體序列過濾，最后進(jìn)行Q20、Q30等質(zhì)控分析，獲得最終clean data。

采用Vsearch算法，將序列相似性大于97%的clean tags定為1個(gè)OTU，挑選OTU的代表序列，采用QIIME[16]等軟件，利用UPARSE算法對(duì)unique序列在大于97%相似性條件下進(jìn)行聚類，獲得OTU代表序列及其對(duì)應(yīng)的豐度[17]。同時(shí)采用RDP 11.5和Unite數(shù)據(jù)庫(kù)(Ver.7.2，2017.06.28更新)對(duì)97%相似水平的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)注釋分析，獲得不同分類水平(界門綱目科屬種)下5種種植模式的土壤中真菌物種豐度及微生物優(yōu)勢(shì)菌群。之后利用QIIME和R軟件vegan包等對(duì)樣本進(jìn)行Alpha多樣性分析和Beta多樣性分析。最后對(duì)25份土壤樣本在不同分類水平的具體物種組成進(jìn)行分析，從而找到小麥赤霉菌在不同土壤樣本中的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式下土壤真菌測(cè)序結(jié)果及OTU統(tǒng)計(jì)分析

通過Illumina MiSeq測(cè)序平臺(tái)共獲得911 229條有效序列，81.50%的序列片段大小為200～300 bp，18.17%為300～400 bp。經(jīng)97%的相似性聚類統(tǒng)計(jì)后共獲得1 586個(gè)OTUs，OTUs分布的韋恩圖表明，5個(gè)處理共有的OTUs數(shù)目為278個(gè)，占OTUs總數(shù)的17.53%。連作處理(W)特有的真菌OTU數(shù)目最多，為98個(gè)，占其總OTUs(389個(gè))數(shù)目的25.19%。輪作馬鈴薯(T)、水飛薊(MT)、油菜(R)和甜菜(S)處理特有的真菌OTU占其各自總OTUs的比例分別為19.34%，14.35%，19.32%和10.73%(圖1)。

2.2 Alpha多樣性分析

通過稀釋曲線可以看到，所有曲線均趨于平緩，樣品的測(cè)序深度已到平臺(tái)期，證明測(cè)序數(shù)據(jù)量已飽和，可以覆蓋樣品中絕大部分真菌類群(圖2)。

選取4個(gè)常用的alpha多樣性指數(shù)進(jìn)行分析，即Chao1、Shannon-wiener、Simpson和Good coverage(表1)。其中，Chao1指數(shù)可用來估計(jì)物種的數(shù)目，Chao1指數(shù)高，說明樣品物種數(shù)目多，群落的豐富度高。由表1可知，與W處理相比，R和S處理Chao1指數(shù)分別增加了11.08%，8.59%，且差異顯著(P<0.05)；MT和T處理Chao1指數(shù)減少了4.45%，7.44%；Chao1指數(shù)最高的R處理其OTU數(shù)目也最多，與之相比，2個(gè)指數(shù)值最低的處理T，其OTU數(shù)目也最少。Shannon和Simpson可以反映出對(duì)應(yīng)群落的多樣性，Shannon 指數(shù)越大、Simpson 指數(shù)越趨近于1，則表示該處理下的樣品的物種多樣性越高。MT處理的Shannon指數(shù)高于W處理，R和T處理的Shannon指數(shù)略低于W處理，但差異不顯著(P>0.05)，S處理低于W處理，且差異顯著(P<0.05)。3種輪作處理R、MT、T的Simpson指數(shù)都高于W處理，且接近于1。S處理與W處理數(shù)值相等，差異不顯著(P>0.05)。上述結(jié)果表明，與連作處理W相比，輪作處理R和S增加了土壤真菌的豐富度，MT處理提高了土壤真菌群落的多樣性，且差異顯著(P<0.05)。

2.3 Beta多樣性分析

Beta多樣性是指不同環(huán)境群落之間的物種差異性，本試驗(yàn)通過主坐標(biāo)分析(Principal coordinates analysis，PCoA)和UPGMA(Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean)聚類分析對(duì)5個(gè)處理25份土壤樣本進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3-A可知，每個(gè)處理的5個(gè)重復(fù)都聚到一起，處理T與處理W距離較遠(yuǎn)，處理間差異較大。由圖3-B可知，T處理和W處理的分支距離最遠(yuǎn)，處理間真菌群落組成差異較大。

A.主坐標(biāo)分析(PCoA)；B.Unweighted unifrac聚類樹分析。A.Principal coordinate analysis(PCoA)of unweighted Unifrac distances；B.UPGMA(Unweighted Pair-group Method with Arithmetic Mean)cluster analysis based on unweighted Unifrac distances.

2.4 不同輪作模式對(duì)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 不同輪作模式下土壤真菌門水平群落結(jié)構(gòu) 在門水平，除少數(shù)真菌未被分類外，5種模式的土樣主要分布在8個(gè)優(yōu)勢(shì)真菌門類(圖4)：子囊菌門(Ascomycota)、接合菌門(Zygomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、未知菌門(Fungi unclassified)、壺菌門(Chytridiomycota)、球囊菌門(Glomeromycota)、油壺菌門(Olpidiomycota)、蟲霉門(Entomophthoromycota)。其中，子囊菌門為各模式的優(yōu)勢(shì)菌群，相對(duì)豐度為65.15%～85.29%；其次相對(duì)豐度較高的為接合菌門(4.72%～22.48%)和擔(dān)子菌門(4.48%～8.45%)真菌。連作(W)較各輪作模式接合菌門、未分類的真菌豐度增加，子囊菌門和擔(dān)子菌門真菌豐度降低。

圖4 不同輪作模式土壤中門分類水平的真菌組成Fig.4 Fungal community composition in soil samples at the phylum level under different rotation patterns

2.4.2 不同輪作模式下土壤真菌屬水平群落結(jié)構(gòu) 在屬水平上，5種處理的土樣共鑒定出275個(gè)真菌屬，W，R，S，MT，T分別為202，206，195，164，167個(gè)屬。圖5為各模式中豐度前20的真菌屬。其中共有的優(yōu)勢(shì)屬有被孢霉屬(Mortierella)(4.68%～22.17%)、赤霉屬(Gibberella)(2.5%～4.9%)、柄孢殼菌屬(Podospora)(2.15%～8.01%)和鐮孢屬(Fusarium)(1.36%～3.14%)；被孢霉屬和鐮孢屬在連作(W)中豐度最高，赤霉菌屬在T中豐度最高(4.9%)，在S中豐度最低(2.5%)；R中漆斑菌屬(Myrothecium)豐度明顯高于其他處理，T中織球殼屬(Plectosphaerella)、柄孢殼屬和小壺菌屬(Spizellomyces)的豐度較其他模式高，S中四枝孢屬(Tetracladium)、假裸囊菌屬(Pseudogymnoascus)、鏈格孢屬(Alternaria)、小戴衛(wèi)霉屬(Davidiella)和隱球菌屬(Cryptococcus)的豐度明顯高于其他模式。MT中光黑殼屬(Preussia)和毛殼屬(Chaetomium)的豐度明顯高于其他模式。

圖5 不同輪作模式土壤中屬分類水平的真菌組成Fig.5 Fungal community composition in soil samples at the genus level under different rotation patterns

2.4.3 不同輪作模式下土壤真菌優(yōu)勢(shì)種分布 在種的分類水平上，5種種植模式土壤中共鑒定出438個(gè)真菌種，W、MT、T、S和R分別有278，282，269，278，309個(gè)。圖6為在各模式中相對(duì)豐度前10的真菌種，其中共有優(yōu)勢(shì)種為Tetracladiummaxilliforme(1.07%～16.33%)、交鏈格孢(Alternariaalternata)(0.24%～10.59%)、長(zhǎng)孢被孢霉(Mortierellaelongata)(0.69%～11.97%)、Podosporatetraspora(1.79%～6.27%)、小不整球殼菌(Plectosphaerellacucumerina)(0.46%～3.97%)。其中長(zhǎng)孢被孢霉主要分布在W中，Tetracladiummaxilliforme和交鏈格孢在S中豐度較高，Podosporatetraspora在T中豐度較高，小不整球殼菌在S、T、MT和R中豐度均在3.00%以上，在W中豐度相對(duì)較低(0.46%)；Plectosphaerellaplurivora在T中豐度最高，S中也有分布，其他模式中沒有分布。

圖6 不同輪作模式土壤真菌優(yōu)勢(shì)種分布Fig.6 The dominant species distribution of fungi under different rotation patterns

2.5 不同輪作模式下土壤真菌特異性

各種種植模式土壤均含有其特異的真菌OTU種類。與連作(W)相比，各輪作模式S、MT、T和R獨(dú)有的真菌OTU數(shù)目均有減少(圖1)。說明不同的輪作模式能引起土壤真菌菌群特異性變化，但特異的物種因輪作模式不同而有差異。其中W模式土壤中特異菌有厚垣輪枝孢菌(Metacordyceps)、多孢囊霉屬(Diversispora)、珊瑚菌屬(Clavaria)、擬青霉屬(Paecilomyces)、Conlarium、Cristinia和Remersonia；S模式特異菌有殼針孢屬(Septoria)、小叢殼屬(Glomerella)、Amaurodon、維羅納霉屬(Veronaea)和叉絲單囊殼屬(Podosphaera)；MT模式土壤中特異菌有殼多胞菌屬(Stagonospora)、雙型囊霉屬(Ambispora)、枹蕈屬(Peniophora)、Calcarisporiella和Monosporascus；T模式特異菌有粉褶菌屬(Entoloma)、Basidioascus、布爾喀霉屬(Burgoa)、Volvopluteus和光柄菇屬(Pluteus)；R模式特異菌有Toxicocladosporium、地星屬(Geastrum)、Paurocotylis、Mastigobasidium和傘菌屬(Bolbitius)。

2.6 不同輪作模式下土壤中小麥赤霉菌相對(duì)豐度

本試驗(yàn)檢測(cè)了引起小麥赤霉病的病原菌(Gibberellazeae)在土壤中的含量，結(jié)果顯示，該病原菌的分布在5種種植模式間存在差異，其中T模式中豐度最高(0.66%)，與其他模式相比差異顯著(P<0.05)；W模式次之(0.06%)；在S模式中為0.05%；在MT和R模式中豐度很低，分別為0.03%和0.01%(圖7)。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Different letters meant significant difference at 0.05 level.

2.7 不同輪作模式下土壤真菌群落結(jié)構(gòu)相似性聚類分析

對(duì)5種不同種植模式土壤真菌群落結(jié)構(gòu)相似性進(jìn)行聚類分析，結(jié)果顯示，真菌群落分為3組(圖8)。W單獨(dú)成為一組，T與MT模式真菌群落聚集在組1中，S與R模式聚集在組2中。表明，T與MT模式以及S與R模式的群落結(jié)構(gòu)相似性更高。

圖8 不同輪作模式土壤真菌群落結(jié)構(gòu)相似性聚類分析Fig.8 Cluster analysis of soil fungal community structure under different rotation patterns.

3 結(jié)論與討論

土壤真菌是土壤微生物的主要組成部分，在土壤物質(zhì)的分解、養(yǎng)分循環(huán)與能量流動(dòng)過程中扮演重要的角色[18-20]，土壤中除了有益真菌，還有一部分是侵染作物、引起作物病害的有害真菌。土壤中真菌群落結(jié)構(gòu)的多樣性影響作物的健康生長(zhǎng)，通過耕作模式的改變，能夠改善土壤中微生物群落多樣性。其中輪作是一種重要的耕作模式。輪作可以增加作物多樣性、提高土壤生產(chǎn)力，而且可以改善土壤環(huán)境使病原真菌失去適宜的寄生條件，從而防止病原真菌滋生蔓延[21-22]。但不同的輪作模式對(duì)土壤真菌群落組成的影響不同。

研究不同植物與小麥輪作模式下土壤真菌群落組成、多樣性及特異真菌的分布特征，可進(jìn)一步了解有益或致病真菌與植物宿主的關(guān)系[23]。從真菌群落組成和功能角度闡釋不同作物的輪作模式抑制小麥赤霉病或隔斷病害傳播的微生物學(xué)機(jī)理，從而為篩選較為合理的輪作模式提供理論依據(jù)。

3.1 不同輪作模式土壤真菌多樣性特征

土壤真菌群落與土壤環(huán)境之間的相互關(guān)系可以用多樣性指數(shù)反映，不同的作物輪作模式對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生的影響不同，菌群豐富度和多樣性也存在差異[24-25]。有研究表明，土壤養(yǎng)分含量與微生物數(shù)量之間存在正相關(guān)關(guān)系，微生物具有較高分解腐殖質(zhì)能力，促使土壤物質(zhì)更好地循環(huán)，土壤養(yǎng)分高，微生物多樣性也就高[26]。本研究中，MT模式提高了土壤真菌群落的多樣性，R模式土壤真菌群落的豐富度最高，輪作模式S土壤真菌的豐富度與連作相比也有提高。有研究表明，油菜等十字花科植物的根系可以分泌有助溶解和轉(zhuǎn)化土壤中難溶性磷的有機(jī)酸，提高土壤速效磷含量，促進(jìn)微生物的代謝活動(dòng)，增加微生物數(shù)量和提高群落微生物多樣性[27]。

3.2 不同輪作模式土壤真菌類群組成

合理輪作不僅能豐富有益真菌的種類、減少土壤里有害真菌的數(shù)量，而且還能改變土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)[28]。土壤微生物在抑制土傳病害和誘導(dǎo)植物抗性中起著重要的作用[29]。本研究中，各模式土壤共同的優(yōu)勢(shì)菌門為子囊菌門、接合菌門、擔(dān)子菌門、壺菌門、球囊菌門、油壺菌門和蟲霉門，但各菌門的豐度大小在不同模式間存在差異。本研究中，子囊菌門為5種模式共有的優(yōu)勢(shì)菌群，相對(duì)豐度在65.15%～85.29%，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[30-32]。有研究表明，子囊菌門是土壤中主要的分解者，能夠分解環(huán)境中的木質(zhì)素和角質(zhì)素等難降解的有機(jī)質(zhì)[33-35]。子囊菌在各優(yōu)勢(shì)屬中仍然占主導(dǎo)，其中柄孢殼屬、織球殼屬、假裸囊菌屬和毛殼屬在5種模式中均為優(yōu)勢(shì)屬，但豐度大小不同。接合菌門在各處理中的豐度僅次于子囊菌門，其中貢獻(xiàn)最大的是被孢霉屬，豐度為4.68%～22.17%。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)孢被孢霉可以防止土壤退化，改善土壤，并促進(jìn)植物生長(zhǎng)素的產(chǎn)生[36]。另外，4種輪作模式較連作土壤中擔(dān)子菌門真菌豐度增加。研究發(fā)現(xiàn)，有些擔(dān)子菌可與植物形成菌根，有利于作物生長(zhǎng)。

病害發(fā)生的原因主要是某一類病原菌在土壤微生物群落中成為優(yōu)勢(shì)菌群，增加了植物的發(fā)病概率。水飛薊、甜菜、油菜與小麥輪作的土壤中小麥赤霉菌較小麥連作土壤豐度降低，說明適宜的輪作模式可以降低小麥赤霉病菌群的富集。作物通過不同輪作方式，能使病原微生物失去原寄主，從而減輕病害的發(fā)生。作物連作增加了病原菌的富集。然而不同的輪作作物產(chǎn)生的效應(yīng)不同。本研究中，小麥與馬鈴薯輪作模式，小麥赤霉病菌顯著增加，這與田間對(duì)赤霉病的發(fā)病情況調(diào)查結(jié)果一致。而且OTU值也是幾種種植模式中最低的，反映出該輪作模式容易使優(yōu)勢(shì)病原菌積累，而且微生物多樣性不僅沒有增加反而較連作有所降低。

3.3 不同輪作模式土壤真菌特異性

微生物與植物之間互相選擇，互相影響。不同作物的土壤中有著各自特異的微生物種群[37]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中微生物菌群內(nèi)特異種群數(shù)量越多，土壤生態(tài)環(huán)境越不穩(wěn)定[38]。本研究中，W處理中特異菌分布最多，表明其土壤條件穩(wěn)定性最差；W模式中特異菌有Remersonia、Conlarium和擬青霉屬等。研究發(fā)現(xiàn)Remersonia在高發(fā)鐮刀菌枯萎病(Fusdrzumoxysporum)土壤的微生物群落中具有重要作用[39]。Conlarium是深色有隔內(nèi)生真菌(Dark septate endophytes，DSE)，DSE具有類似菌根的生態(tài)學(xué)功能。有研究發(fā)現(xiàn)DSE類群中的一些種對(duì)枯萎病具優(yōu)良生防作用[40]。在4種輪作模式中，發(fā)現(xiàn)均存在一些特異的有益真菌。MT模式土壤中特異菌雙型囊霉屬是一種叢枝菌根真菌。王啟[41]在研究草原百合科植物菌根真菌時(shí)發(fā)現(xiàn)雙型囊霉屬真菌可在蔥屬植物根系內(nèi)共生；另外，還有枹蕈屬，可產(chǎn)生植酸酶。有研究發(fā)現(xiàn)一些枹蕈屬產(chǎn)生的植酸酶對(duì)土壤中添加的六磷酸肌醇和內(nèi)源有機(jī)磷有很好的水解效果[42]。R模式發(fā)現(xiàn)的一種特異菌Paurocotylis是一種叢枝菌根真菌。

3.4 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)相似性分析

土壤真菌群落結(jié)構(gòu)受地上種植作物的影響，群落相似性聚類分析結(jié)果表明，S與R，T與MT土壤真菌群落結(jié)構(gòu)相似，W模式與各輪作模式差異較大。小麥—小麥—甜菜、小麥—小麥—油菜輪作中，輪作作物種植周期、土壤耕作方式相同、對(duì)土壤資源的利用方式相似，對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu)的改變作用相同。小麥—小麥—馬鈴薯、小麥—小麥—水飛薊輪作中，輪作作物對(duì)土壤性質(zhì)、生態(tài)特性要求一致，所以土壤菌群結(jié)構(gòu)較相似。小麥連作與其他輪作作物相比對(duì)土壤資源的利用方式、對(duì)土壤性質(zhì)要求不同，因此真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大。

本研究詳細(xì)分析了油菜、馬鈴薯、甜菜和水飛薊與小麥輪作及小麥連作模式中真菌群落的豐富度、多樣性和組成的變化，以及小麥赤霉菌豐度的變化。油菜和甜菜與小麥輪作增加了土壤真菌的豐富度，水飛薊與小麥輪作提高了土壤真菌群落的多樣性。油菜、甜菜和水飛薊與小麥輪作模式中，小麥赤霉菌的相對(duì)豐度均有所下降，另外其他有益菌群明顯富集，例如Ambispora、Peniophora和Paurocotylis等。近年來，額爾古納市不斷優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，持續(xù)提高經(jīng)濟(jì)作物種植面積，主要種植小麥和油菜，大力發(fā)展水飛薊、甜菜和莜麥等特色產(chǎn)業(yè)。因此，根據(jù)本研究結(jié)果建議選擇油菜、水飛薊和甜菜作為與小麥輪作作物，以減輕小麥赤霉病的危害。