贛南臍橙黃龍病植株根際土壤微生物多樣性研究

秦泰春,黃小蘭,簡正軍,褚奇奇,歐陽樂樂

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,南昌 330013;2.江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,南昌 330022)

【研究意義】土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的部分,對土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和肥力演變起著極為重要的作用[1-2]。根際是受植物根系機(jī)械作用及其分泌物顯著影響的土壤微域[3],起著連接植物-土壤-微生物的重要作用。根際微生物是植物吸收養(yǎng)分的重要途徑,其多樣性和群落結(jié)構(gòu)的變化直接影響植物生長、植物演替和其他關(guān)鍵功能[4-6]。因此,對植物根際土壤微生物的多樣性及其群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,有助于揭示植物生長的微生態(tài)環(huán)境和土壤健康狀況。贛南是我國著名的臍橙生產(chǎn)基地,被稱為“中國臍橙之鄉(xiāng)”[7],其獨(dú)特的氣候條件、豐富的山地資源和適宜的土壤性質(zhì),為臍橙的種植提供了良好的自然條件。臍橙黃龍病(Citrus Huanglongbing,HLB)是由寄生于韌皮部篩管細(xì)胞內(nèi)的革蘭氏陰性細(xì)菌引起的,該菌屬-變形細(xì)菌亞綱(Alpha-Proteobacteria)根瘤菌目(Rhizonbiales)根瘤菌科(Rhizobiaceae)韌皮桿菌屬(Liberibacter)[8],由于病原菌核酸序列以及對熱的敏感性、昆蟲媒介和地理位置的不同,可分為非洲種(Ca.L.africanus)、亞洲種(Ca.L.asiaticus)和美洲種(Ca.L.americanus)[9]。感染了黃龍病的臍橙植株的根莖表皮易脫離、腐爛,導(dǎo)致其根部不能從土壤中吸收養(yǎng)分和水分,植物代謝物也不能從根系排出,由此產(chǎn)生植物汁液循環(huán)障礙,引起臍橙韌皮部組織壞死和篩管堵塞,從而使葉片和果實(shí)發(fā)生病變[10],在葉片上表現(xiàn)出斑駁、黃化、花葉、小葉、“綠島”等癥狀,果實(shí)則為“青果”或“紅鼻果”[11],嚴(yán)重影響了臍橙的產(chǎn)量和品質(zhì),對贛南的臍橙產(chǎn)業(yè)造成了沉重打擊?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來,植物病害的發(fā)病率不斷上升,有關(guān)病害與根際土壤微生物的研究也相應(yīng)成為研究熱點(diǎn)之一[12]。目前已有不少學(xué)者從微生物學(xué)角度對黃龍病進(jìn)行了研究。熊大維等[13]發(fā)現(xiàn)臍橙患病植株和健康植株葉片內(nèi)生菌有著明顯差異,黃龍病的存在改變了臍橙葉片原有內(nèi)生細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)。殷幼平等[14]從耐黃龍病植物九里香(隱癥)中分離內(nèi)生細(xì)菌進(jìn)行功能鑒定,嘗試為果樹抗病育種提供理論依據(jù)。管冠等[15]采用微平板法分析柑橘黃龍病對土壤微生物群落的影響發(fā)現(xiàn),與健康植株相比,黃龍病患病植株土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量顯著減少。姚廷山等[16]研究發(fā)現(xiàn)土霉素可有效抑制黃龍病亞洲種,周應(yīng)杰[17]研究發(fā)現(xiàn)土施鈣鎂硼處理能夠緩解黃龍病的發(fā)病情況。目前仍未發(fā)現(xiàn)根治黃龍病的方法?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】基于高通量測序技術(shù)的臍橙黃龍病患病植株根際土壤微生物多樣性的研究相對較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以種植歷史悠久、種植規(guī)模大的贛南為研究區(qū)域,研究分析臍橙黃龍病患病植株與健康植株根際土壤微生物群落特征,為構(gòu)建黃龍病新型防控措施提供新的方向和思路,實(shí)現(xiàn)贛南臍橙規(guī)?；N植的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

贛南位于江西省南部,地形以山地、丘陵為主,地處中亞熱帶南緣,屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,水熱資源豐富,氣候條件優(yōu)越,土壤為典型的紅壤,富含各種適合果樹生長的微量元素[7],為臍橙的種植提供了得天獨(dú)厚的條件。本研究選擇贛州市于都縣仙下鄉(xiāng)正興農(nóng)場的臍橙種植果園作為采樣地,區(qū)分黃龍病典型病株(HW)、黃龍病疑似病株(HW1)、健康植株(J)以及裸地(B)的土壤分別進(jìn)行采樣(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location diagram of the study area

1.2 土壤理化性質(zhì)測定

土壤理化性質(zhì)的測定參考魯如坤[18]的測定方法:土壤全磷(Total phosphors,TP)采用氫氧化鈉消煮-鉬銻抗比色法測定;土壤全氮(Total nitrogen,TN)采用凱氏定氮法測定;土壤全碳(Total carbon,TC)采用元素分析儀測定。

1.3 樣品采集

于2019年11月贛南臍橙生長期采集土壤樣品,由于根際土采樣面積不大,土壤也較均勻,因而采取梅花形采樣法,在贛南臍橙樹干基部橫向范圍10～20 cm處呈梅花形設(shè)置5個采樣點(diǎn),去除地面枯枝落葉和表層浮土后,從根表到根區(qū)縱向范圍采集5～50 cm的根際土壤,裝入密封袋并置于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室過篩、去雜[19-20]。每個樣為混合3棵贛南臍橙植株根際土壤的混合樣,將每份樣品分成2份,一份用于土壤理化性質(zhì)的測定,另一份置于-80 ℃冰箱保存,用于DNA提取和高通量測序。

1.4 土壤總DNA提取和高通量測序

采用E.Z.N.A.?DNA Kit試劑盒提取根際土壤樣品的DNA,用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度[21]。細(xì)菌引物采用515F(5′-GTGCCAGCCGGTAA-3′)和907R(5′-CCGTCAATTCTTRACTTT-3′)對16S rRNA V4-V5高變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增;真菌引物采用ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和ITS2R(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′)對ITS1～I(xiàn)TS2區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測,使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒切膠回收PCR產(chǎn)物,Tris-HC1洗脫,并委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行測序。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

對高通量測序得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、質(zhì)控和過濾,去除嵌合體,得到優(yōu)化序列。將序列相似度≥97%的序列歸類為同一分類操作單元(Operational taxonomic unit,OTU),使用R語言3.3.1軟件作圖,以Venn圖呈現(xiàn)各樣品共有和獨(dú)有的OTU數(shù),以稀釋曲線衡量樣本的測序數(shù)據(jù)是否合理。利用Qiime 1.9.1軟件計(jì)算Ace、Chao1、Shannon、Simpson指數(shù)研究各樣品土壤微生物群落多樣性和豐富度。利用Qiime 1.9.1軟件計(jì)算Beta多樣性距離矩陣,對樣本群落距離矩陣進(jìn)行聚類分析,并運(yùn)用R語言3.3.1畫聚類樹,分析不同樣品微生物群落結(jié)構(gòu)的相似性和差異性。利用R語言3.3.1軟件分析樣品土壤各分類學(xué)水平上的群落組成及其差異性。利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行Sperman相關(guān)性分析研究樣品土壤微生物多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性。利用R語言3.3.1軟件中的Vegan包和Pheatmap package包進(jìn)行冗余分析和相關(guān)性分析以探討不同環(huán)境因子對土壤微生物群落組成的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 贛南臍橙根際土壤理化性質(zhì)分析

從表1可知,4個樣品的土壤TP含量均較低,黃龍病疑似患病植株根際土壤最低,為0.53 g/kg,裸地土壤最高,為0.81 g/kg;TN含量由高到低為J>HW>HW1>B;TC含量由高到低為HW>HW1>J>B。可見,與贛南臍橙健康植株根際土壤相比,黃龍病患病植株根際土壤的TP和TN含量都較低,而TC含量較高。

表1 根際土壤部分理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of rhizosphere soil

2.2 贛南臍橙根際土壤OTU聚類分析及稀釋曲線

根據(jù)高通量測序結(jié)果對序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì),土壤樣品細(xì)菌16S rRNA測序得到264 450條有效序列,平均序列長度為377.12 bp,在97%的相似性水平上將OTU聚類后得到5434個細(xì)菌OTUs。真菌ITS rDNA得到295 048條有效序列,平均序列長度為233.72 bp,97%的相似水平下聚類分析得到1782個真菌OTUs。裸地、典型患病植株、疑似患病植株和健康植株根際土壤細(xì)菌(圖2-a)的OTU數(shù)量分別為1527、1434、1223和1250;真菌(圖2-b)的OTU數(shù)量分別為485、410、436和451。4個贛南臍橙根際土樣中共有的細(xì)菌OTU數(shù)量為558個,占總數(shù)的10.27%,共有的真菌OTU數(shù)量為57,占總數(shù)的3.20%。裸地、典型患病植株、疑似患病植株和健康植株根際土壤中特有的細(xì)菌OTU數(shù)量分別為450、169、75和83,其中裸地樣本最多,占總數(shù)的8.28%,疑似患病植株樣本總數(shù)最少,占總數(shù)的1.38%;特有的真菌OTU數(shù)量分別為291、97、116和128,其中裸地樣本最多,占總數(shù)的16.33%,典型患病植株樣本最少,占總數(shù)的5.44%。

圖2 樣品細(xì)菌(a)和真菌(b)OTUs Venn圖Fig.2 Venn diagram of OTUs of bacteria and fungi

對所有樣本序列采取隨機(jī)抽樣的方法,以抽到的序列數(shù)與它們所能代表各分類學(xué)水平的數(shù)目分別構(gòu)建細(xì)菌(圖3-a)和真菌(圖3-b)的稀釋曲線,用以說明樣本的測序數(shù)據(jù)量是否合理。所有樣品的稀釋曲線隨著樣品序列數(shù)量的不斷增加,OTU數(shù)量逐漸趨于平緩,說明該研究測序數(shù)據(jù)合理,更多的數(shù)據(jù)量只會產(chǎn)生少量的物種。4個贛南臍橙根際土樣中細(xì)菌和真菌的文庫覆蓋率在0.9931～0.9994(表2)。說明,本次測序結(jié)果能代表樣本微生物的真實(shí)情況,能夠比較有效地反映其多樣性。

圖3 土壤樣品稀釋曲線Fig.3 Rarefaction curves of soil samples

2.3 贛南臍橙根際土壤微生物多樣性分析

從表2可知,在土壤細(xì)菌方面,裸地和典型患病植株根際土壤的Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)差異不明顯,但整體高于健康和疑似患病植株根際土壤;典型患病和疑似患病植株根際土壤的Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)差異較小,裸地土壤最高,健康植株根際土壤最低。4個土樣的真菌群落豐富度從高到低依次為B>J>HW1>HW,患病植株根際土壤顯著低于健康植株根際土壤和裸地土壤。Shannon指數(shù)為B>HW>HW1>J,Simpson指數(shù)為HW

表2 土壤樣品微生物多樣性指數(shù)Table 2 Microbial diversity indexes in the soil samples

2.4 贛南臍橙根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)比較

從圖4-a可知,健康植株根際土壤和裸地土壤聚類在一起,并且與典型患病植株根際土壤有一定關(guān)聯(lián),說明三者的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似性相對較高,而疑似患病植株的根際土壤則單獨(dú)聚為一簇,說明其細(xì)菌群落組成與其他3個根際土壤差異較大。從圖4-b可知,健康植株、典型患病和疑似患植病株根際土壤聚為一類,反映三者的真菌群落結(jié)構(gòu)相似性相對較高,而裸地土壤單獨(dú)聚為一類,說明其真菌群落組成與其他3個根際土樣的差異較明顯。

圖4 樣本間層級聚類樹Fig.4 Hierarchical cluster tree between samples

2.5 贛南臍橙根際土壤微生物群落組成分析

2.5.1 細(xì)菌群落組成 從圖5-a可知,在門水平上,細(xì)菌群落平均相對豐度≥1%的門類為綠彎菌門(Chloroflexi,22.77%～37.92%)、變形菌門(Proteobacteria,16.63%～26.40%)、酸桿菌門(Acidobacteria,11.77%～20.24%)、放線菌門(Actinobacteria,7.83%～24.03%)、厚壁菌門(Firmicutes,2.38%～8.31%)、浮霉菌門(Planctomycetes,4.81%～5.48%)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes,1.56%～3.50%)和棒狀桿菌門(Rokubacteria,0.16%～3.38%),平均占比分別為27.25%、22.31%、17.45%、14.41%、5.42%、5.08%、2.17%和1.10%。與健康臍橙植株根際土壤相比,典型患病和疑似患病植株根際土壤中綠彎菌門、酸桿菌門和浮霉菌門的相對豐度較高,而變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、芽單胞菌門和棒狀桿菌門的相對豐度較低。與裸地土壤相比,典型患病植株土壤中除了綠彎菌門和放線菌門外,放線菌門和棒狀桿菌門相對豐度也較高,而變形菌門、厚壁菌門、芽單胞菌門、浮霉菌門的相對豐度較低。

從圖6-a可知,在屬水平上,所有樣本土壤中物種繁雜、相對豐度較低的其他類群是最主要菌群,平均占比26.23%。樣本土壤的優(yōu)勢屬大多為在屬分類水平下暫時沒有科學(xué)名稱的菌群,其中相對豐度較高的為norank_f_JG30-KF-AS9(19.91%～8.68%)、norank_f_norank_o_Subgroup_2(10.34%～0.62%)、norank_f_norank_o_Gaiellales(2.16%～6.21%)和norank_f_Gemmataceae(2.18%～3.04%),平均占比分別為15.67%、4.29%、3.73%和2.68%。已分類的有科學(xué)名稱的優(yōu)勢菌群為熱酸菌屬(Acidothermus,0.35%～7.53%)、HSB_OF53-F07(0.05%～8.09%)、聚酸桿菌屬(Bryobacter,1.42%～3.26%)和芽孢桿菌屬(Bacillus,0.51%～2.43%),平均占比3.98%、2.40%、2.15%和1.66%。典型病株根際土壤中相對豐度較高的菌屬還有norank_f_norank_o_norank_c_norank_p_GAL15和乳桿菌屬(Granulicella);健康植株根際土壤中相對豐度較高的是norank_f_norank_o_KF-JG30-C25和鞭毛膨脹芽孢桿菌屬(Tumebacillus);厭氧粘菌屬(Anaeromyxobacter)是裸地土壤中的特有菌屬。

2.5.2 真菌群落組成 從圖5-b可知,在門水平上,4個土樣中真菌優(yōu)勢門為子囊菌門(Ascomycota,87.51%～36.03%)、unclassified_k_Fungi(2.46%～41.23%)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota,8.77%～21.26%)和被孢霉菌門(Mortierellomycota,0.64%～1.76%),平均占比分別為71.67%、14.13%、12.66%和0.93%。其中,子囊菌門在典型患病、疑似患病和健康植株根際土壤中占比最高,而裸地土壤中豐度最高的是unclassified_k_Fungi,子囊菌門和擔(dān)子菌門的占比也相對較高,被孢霉菌門在4個根際土壤中的占比均較低。

圖5 土壤樣品在門水平上的微生物群落組成Fig.5 Composition of microbial community at the phylum level in soil samples

從圖6-b可知,在屬水平上,樣本土壤的優(yōu)勢屬主要是鐮刀菌屬(Fusarium,3.60%～42.60%)、unclassified_k_Fungi(2.46%～41.23%)、籃狀菌屬(Talaromyces,0.12～16.66%)、枝孢屬(Cladosporium,2.09%～8.25%)、原隱球菌屬(Saitozyma,0.20%～6.78%)和沙門氏菌屬(Sagenomella,0.08%～7.27%),平均占比分別為24.09%、14.13%、4.68%、4.28%、3.09%和2.70%。鐮刀菌屬在典型患病植株根際土壤中的豐度最高,在裸地土壤中最低;unclassified_k_Fungi在裸地土壤中豐度最高,在健康植株根際土壤中最低。此外,典型患病植株根際土壤中角菌根菌屬(Ceratobasidium)、外瓶霉屬(Exophiala)和癬囊腔菌屬(Plectosphaerella)的豐度也較高,但在其他3個土樣中豐度很低甚至沒有;赤霉菌屬(Gibberella)和Pseudaleuria在疑似患病植株根際土壤中豐度較高;健康植株根際土壤中豐度較高的特有菌屬分別是unclassified_f_Helotiales_fam_Incertae_sedis、假散囊菌屬(Pseudeurotium)和unclassified_f_Trichomeriaceae;裸地土壤中豐度較高的特有菌屬分別為雙擔(dān)菌屬(Geminibasidium)、刺孢殼屬(Chaetomella)和Phialosimplex。

圖6 土壤樣品在屬水平上的微生物群落組成Fig.6 Composition of microbial community at the genus level in soil samples

2.6 贛南臍橙根際土壤微生物與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

2.6.1 微生物多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析 從表3可知,對土壤細(xì)菌多樣性而言,Simpson指數(shù)與土壤TN含量呈顯著正相關(guān);Shannon指數(shù)與土壤TN含量呈顯著負(fù)相關(guān);TP、TC與細(xì)菌多樣性指數(shù)都具有一定的相關(guān)性但并未達(dá)到顯著水平。對土壤真菌多樣性而言,真菌豐富度ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)與土壤TC含量呈極顯著負(fù)相關(guān),其他理化因子與真菌多樣性指數(shù)的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平,說明其與真菌多樣性指數(shù)關(guān)系不大。

表3 土壤樣品微生物多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis among microbial diversity index and soil physicochemical properties

2.6.2 微生物群落組成與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析 從圖7可知,第一排序軸(55.92%)和第二排序軸(32.42%)累計(jì)解釋土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)變異的88.34%,真菌與土壤理化性質(zhì)RDA分析的第一排序軸(99.43%)和第二排序軸(0.51%)共解釋了99.94%的物種變異,表明土壤理化性質(zhì)能夠很好地解釋對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。其中,細(xì)菌優(yōu)勢菌門綠彎菌門、酸桿菌門、浮霉菌門和變形菌門與土壤TP呈正相關(guān),放線菌門、厚壁菌門與土壤TC呈負(fù)相關(guān);真菌優(yōu)勢菌門子囊菌門與土壤TN呈正相關(guān),擔(dān)子菌門和未分類的某個菌門與土壤TP呈正相關(guān)。整體來說,影響贛南臍橙根際土壤細(xì)菌群落組成的重要理化因子是TC和TP,影響真菌群落結(jié)構(gòu)的主要因素則是TP和TN。

圖7 門水平上微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤理化性質(zhì)的冗余分析Fig.7 RDA among microbial community structure at the phylum level and soil physicochemical properties

從圖8-a可知,細(xì)菌優(yōu)勢屬norank-f-norank-o-norank-c-Subgroup-6、norank-f-Gemmatimonadaceae、norank-f-SC-l-84和norank-f-Roseiflexaceae與土壤TN呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),norank-f-norank-o-norank-c-Subgroup-6、念珠菌固體桿菌屬(Candidatus-Solibacter)、norank-f-Gemmatimonadaceae、norank-f-norank-o-Rokubacteriales和norank-f-Roseiflexaceae與土壤TP呈顯著正相關(guān)(P<0.05),而norank-f-Xanthobacteraceae與土壤TP呈極顯著正相關(guān)(P=0.00428)。從圖8-b可知,真菌優(yōu)勢屬unclassified-f-Chaetomiaceae與土壤TP呈顯著正相關(guān)(P=0.04783),unclassified-k-Fungi、雙擔(dān)菌屬、unclassified-o-Sordariales、刺孢殼屬和曲霉屬(Aspergillus)與土壤TN呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),原隱球菌屬與土壤TC呈顯著負(fù)相關(guān)(P=0.03505),unclassified-f-Nectriaceae與土壤TC呈顯著正相關(guān)(P=0.01119)。其他微生物優(yōu)勢菌屬與土壤理化性質(zhì)也有一定的相關(guān)性但未達(dá)到顯著水平。

圖8 屬水平上微生物群落結(jié)構(gòu)與土壤理化因子的Pearson相關(guān)性分析Fig.8 Pearson correlationship analysis of microbial community structure at the genus level and soil physicochemical properties

3 討 論

土壤微生物的豐富度和多樣性程度反映了土壤的健康狀況,在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和肥力維持等方面發(fā)揮著重要作用,對植物健康生長有著直接或間接的影響[22-23]。本研究中,贛南臍橙黃龍病典型患病植株根際土壤細(xì)菌豐富度和多樣性均高于健康植株,其原因可能是采集患病植株根際土壤時,其周圍滋生了大量腐生菌[24],從而增加了根際土壤細(xì)菌群落的多樣性;還可能是由于病原菌的侵染破壞了微生物原有的生態(tài)平衡,導(dǎo)致某種微生物異常增加或減少[25-26],所以在新的生態(tài)平衡建立起來之前,患病植株細(xì)菌群落多樣性可能會略高于健康植株。相關(guān)推測有待進(jìn)一步研究。贛南臍橙黃龍病典型患病植株根際土壤真菌的豐富度低于健康植株根際土壤,而其多樣性卻略高于健康植株根際土壤,此結(jié)論與前人研究結(jié)果基本一致[10]。

從物種分類學(xué)來看,贛南臍橙黃龍病患病植株、健康植株根際土壤和裸地土壤微生物群落組成基本相似,但其相對豐度存在明顯差異。門水平上,贛南臍橙根際土壤細(xì)菌群落主要由綠彎菌門、變形菌門、酸桿菌門和放線菌門等幾大物種組成,這與前人的研究結(jié)果一致[27-28]。綠彎菌門、酸桿菌門是贛南臍橙黃龍病典型患病植株根際土壤中的最優(yōu)勢菌門,而放線菌門在健康植株根際土壤中占據(jù)顯著優(yōu)勢。已有研究表明,酸桿菌門屬于寡營養(yǎng)型細(xì)菌[29],能夠在土壤養(yǎng)分匱乏的環(huán)境中生存[30];放線菌門能產(chǎn)生種類繁雜的抗生素,對調(diào)整土壤微生物生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用[31]。這也間接說明黃龍病患病植株根際土壤較貧瘠。贛南臍橙黃龍病患病植株、健康植株根際土壤和裸地土壤中真菌檢測到了子囊菌門、擔(dān)子菌門、被孢霉菌門、壺菌門、球囊菌門等菌群,此結(jié)果與宋旭紅等[32]在黃連根腐根際土壤檢測到的真菌構(gòu)成和高雪峰等[33]在短花針茅草原土壤中檢測到的真菌構(gòu)成類似。贛南臍橙黃龍病典型患病植株根際土壤中子囊菌門和擔(dān)子菌門的相對豐度均低于健康植株,兩者都是土壤中主要的真菌分解者且多為腐生菌,對分解土壤有機(jī)質(zhì)和木質(zhì)纖維素起重要作用[34-35]。屬水平上,贛南臍橙植株根際土壤中的優(yōu)勢菌屬依次為熱酸菌屬、芽孢桿菌屬、鐮刀菌屬、籃狀菌屬和枝孢菌屬。芽孢桿菌屬可以有效抵御外界的有害因子,具有極強(qiáng)的抗逆性[36],屬于典型的有益菌?；@狀菌屬作為土壤中植物殘?bào)w的重要分解菌,可分泌高效的纖維素酶水解植物木質(zhì)纖維素,從而增加土壤腐殖質(zhì),且對病原菌具有拮抗作用[37]。本研究中,芽桿孢菌屬和籃狀菌屬在贛南臍橙健康植株根際土壤中的豐度顯著低于患病植株,這可能是兩者都對致病菌具有一定的抵抗作用。鐮刀菌屬可侵染植株致使植株萎蔫和根部腐爛[38],枝孢菌屬可寄生于植物各部位造成壞死斑點(diǎn)或煤污病[39],兩者都屬于典型的致病菌。本研究中,鐮刀菌屬和枝孢菌屬在贛南臍橙黃龍病患病植株根際土壤中的豐度高于健康植株,但其與黃龍病是否有直接關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。由此可見,由于黃龍病的發(fā)生,贛南臍橙根際土壤微生物群落中益生菌減少、病原菌增加,根際微生態(tài)系統(tǒng)功能受到破壞,推測可通過促進(jìn)土壤有益菌生長繁殖提高贛南臍橙抵御病害的能力。

土壤環(huán)境因子與土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)有顯著或極顯著的相關(guān)性[40]。本研究結(jié)果顯示,黃龍病發(fā)生后,贛南臍橙根際土壤中全磷、全氮含量下降,全碳含量上升;土壤全磷是影響贛南臍橙植株根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的重要環(huán)境因子。據(jù)報(bào)道,土壤全碳含量高通常預(yù)示著土壤有機(jī)質(zhì)含量較高[41],贛南臍橙染病后根際土壤中有機(jī)質(zhì)含量提升可能是由于其根系受到破壞,土壤有機(jī)質(zhì)不能正常吸收和運(yùn)輸,從而導(dǎo)致其積累在土壤中。陳杰等[42]等研究發(fā)現(xiàn),馬鈴薯連作種植的病株土壤中全磷含量低于健株土壤,Ramirez等[43]研究發(fā)現(xiàn)土壤中全氮含量可以影響微生物生物量,與本研究結(jié)論較為一致,由此推測可通過增加磷、氮肥的施用量來提高贛南臍橙植株的抗病性。綜上所述,贛南臍橙根際土壤微生物群落與土壤理化性質(zhì)互作影響黃龍病的發(fā)生,這種互作關(guān)系和作用機(jī)制值得進(jìn)一步深入研究,進(jìn)而為有效防控黃龍病提供新的線索。

4 結(jié) 論

贛南臍橙感染黃龍病后,土壤TP、TN含量降低,其中土壤TP是影響贛南臍橙根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的重要環(huán)境因子;發(fā)病后贛南臍橙根際土壤中細(xì)菌群落豐富度和多樣性下降,真菌群落豐富度上升;門水平上,患病植株根際土壤中綠彎菌門、酸桿菌門等菌群增加,而放線菌門、擔(dān)子菌門等菌群有所減少;屬水平上,患病植株根際土壤中芽桿孢菌屬、籃狀菌屬等有益菌屬減少,而鐮刀菌屬、曲霉屬等致病菌屬則有所增加。這些差異體現(xiàn)了黃龍病對臍橙根際微生態(tài)的影響,為生態(tài)防控黃龍病病害提供新的思路和解決辦法。