氯蟲苯甲酰胺拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落多樣性及酶活性的影響

摘要：【目的】明確氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性及主要酶活性的影響，為利用氯蟲苯甲酰胺拌種防治玉米害蟲提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坎捎锰镩g小區(qū)試驗(yàn)，以清水拌種為對照（CK），設(shè)氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種處理（T），利用高通量測序技術(shù)測定播種后15、35和60 d玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，利用酶試劑盒法測定玉米根際土壤過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶活性，探討玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性及酶活性對氯蟲苯甲酰胺拌種的響應(yīng)?！窘Y(jié)果】玉米播種后15 d，T處理的細(xì)菌分類數(shù)量低于CK，但播種后35和60 d高于CK。氯蟲苯甲酰胺拌種提高了細(xì)菌群落豐度，但其影響隨時(shí)間逐漸減弱。CK和T處理的優(yōu)勢門均為變形菌門（Proteobac-teria）、酸桿菌門（Acidobacteriota）、擬桿菌門（Bacteroidota）、綠彎菌門（Chloroflexi）和疣微菌門（Verrucomicrobiota），播種后15和35 d，T處理的玉米根際土壤變形菌門和擬桿菌門相對豐度增加，而酸桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門相對豐度降低。各處理的優(yōu)勢菌屬均為未分類酸桿屬（unclassified_Acidobacteriales），在玉米播種后15和35 d，T處理的未分類酸桿屬相對豐度均低于CK，而播種后60 d均高于CK。利用PICRUSt 2對玉米根際土壤細(xì)菌16S rRNA進(jìn)行功能預(yù)測，結(jié)果顯示氯蟲苯甲酰胺拌種處理后的土壤細(xì)菌功能基因主要與代謝和能源產(chǎn)生相關(guān)。氯蟲苯甲酰胺拌種能激活玉米根際土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，而對土壤脲酶活性無顯著影響（P>0.05），土壤過氧化氫酶活性在播種后15和60 d分別顯著升高57.85%和51.67%（P<0.05，下同），土壤蔗糖酶活性在播種在35和60 d顯著升高19.95%和61.66%。播種后15和35 d，擬桿菌門、疣微菌門、浮霉菌門（Planctomycetota）、髕骨細(xì)菌門（Patescibacteria）的相對豐度與土壤過氧化氫酶活性呈正相關(guān)；播種后60 d，酸桿菌門、芽單胞菌門（Gemmatimonadota）、硝化螺旋菌門（Nitro-spirota）的相對豐度與土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性呈正相關(guān)?！窘Y(jié)論】氯蟲苯甲酰胺拌種處理后早期能影響玉米根際土壤微生物群落多樣性及土壤酶活性，但隨著時(shí)間的推移和玉米的生長，對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響逐漸降低。氯蟲苯甲酰胺拌種處理可顯著提高玉米根際土壤的過氧化氫酶和蔗糖酶活性，且土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性與玉米根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌門密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：玉米；氯蟲苯甲酰胺；拌種；土壤細(xì)菌群落；土壤酶活性

中圖分類號：S513；S154.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：2095-1191（2024）08-2396-11

Effects of chlorantraniliprole seed dressing on bacterial commu?nity diversity and enzyme activity in maize rhizosphere soil

YAO Yao YI Xiao-cui LIU Yi-yi ZHU Chun-yue LI Zhi SONG Bao-yan AI Ying-yu CHEN Bin XIAO Guan-li1*

（1College of Agronomy and Biotechnology，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 65020 China；2College of Plant Protection，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 65020 China）

Abstract：【Objective】The study aimed to clarify the effects of chlorantraniliprole suspension seed dressing on thestructure and diversity of bacterial communities in maize rhizosphere soil，as well as the activity of major enzymes，pro‐viding scientific basis for the use of chlorantraniliprole seed dressing in controlling maize pests.【Method】The field plot experiment was conducted using water seed dressing as the control（CK）and chlorantraniliprole suspension agent seed dressing as the treatment（T）.High-throughput sequencing technology was used to determine the structure and diversity of the bacterial communities in maize rhizosphere soil at 15，35，and 60 d after sowing.The activities of catalase，su‐crase，and urease in the maize rhizosphere soil were measured using enzyme assay kits.The responses of bacterial commu‐nity structure，diversity，and enzyme activity in maize rhizosphere soil to chlorantraniliprole seed dressing were investi‐gated.【Result】At 15 d after maize sowing，the number of bacterial classifications in the T treatment was lower than that in the CK，but at 35 and 60 dafter sowing，it was higher than that in the CK.Chlorantraniliprole seed dressing increased the bacterial community abundance，but its impact gradually diminished over time.The dominant phyla in both CK and T treatments were Proteobacteria，Acidobacteriota，Bacteroidota，Chloroflexi and Verrucomicrobiota.At 15 and 35 d after sowing，the relative abundance of Proteobacteria and Bacteroidota in the maize rhizosphere soil in the T treatment in‐creased，while the relative abundance of Acidobacteriota，Chloroflexi and Verrucomicrobiotadecreased.The dominant ge‐nus in both treatments was unclassified_Acidobacteriales.At 15 and 35 d after maize sowing，the relative abundance of unclassified_Acidobacteriales in the T treatment was lower than that in the CK，while at 60 dafter sowing，it was higher than that in the CK.UsingPICRUSt 2 to perform the functional prediction on the bacterial 16S rRNA in maize rhizosphere soil，the results showed that the functional genes of soil bacteria after chlorantraniliprole seed dressing treatment were mainly related to metabolism and energy production.Chlorantraniliprole seed dressing activated catalase and sucrase ac‐tivities in maize rhizosphere soil，while it had no significant effect on soil urease activity（P>0.05）.Soil catalase activity significantly increased by 57.85%and 51.67%at 15 and 60 d after sowing respectively（P<0.05，the same below）.Soil sucrase activity significantly increased by 19.95%and 61.66%at 35 and 60 d after sowing respectively.At 15 and 35 daf‐ter sowing，the relative abundance of Bacteroidota，Verrucomicrobiota，Planctomycetota and Patescibacteria showed a positive correlation with soil catalase activity.At 60 dafter sowing，the relative abundance of Acidobacteriota，Gemmati‐monadota，and Nitrospirota showed a positive correlation with both soil catalase and sucrase activities.【Conclusion】In the early stages following chlorantraniliprole seed dressing treatment，the diversity of the microbial community and soil enzyme activity in the maize rhizosphere soil can be affected.However，as time progresses and the maize grows，the im‐pact on the bacterial community structure gradually decreases.Chlorantraniliprole seed dressing treatment can signifi‐cantly increase catalase and sucrase activities in maize rhizosphere soil，and soil catalase and sucrase activities are closely correlated to the dominant bacterial phyla in the maize rhizosphere soil.

Key words：maize；chlorantraniliprole；seed dressing；soil bacterial community；soil enzyme activity

Foundation items：National Key Research and Development Program of China（2021YFD1400705-5）；Innovation and Entrepreneurship Action Fund Project of Yunnan Agricultural University（2022ZKY223）

0引言

【研究意義】害蟲是影響玉米（Zea mays L.）產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一，使用殺蟲劑是防治玉米害蟲和保障玉米生產(chǎn)的重要手段，但殺蟲劑的不合理使用不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)促使害蟲產(chǎn)生抗藥性。藥劑拌種是一種防治土傳蟲害、促進(jìn)作物健康生長、提高作物產(chǎn)量的重要措施（陳鵬等，2016；李侃等，2023）。播種前用農(nóng)藥進(jìn)行拌種處理有助于保護(hù)種子和幼苗免受土壤害蟲和病原菌的侵害，并減少葉面噴藥次數(shù)，進(jìn)而有效減少農(nóng)藥用量（Wilde et al.，2009；Sullivan and Wisk，2022；毛泓權(quán)等，2023），但農(nóng)藥拌種后會(huì)在土壤—植物系統(tǒng)中遷移，使用時(shí)應(yīng)評估其安全性（楊聽雨等，2023）。氯蟲苯甲酰胺是近年來用于玉米拌種防治害蟲的重要?dú)⑾x劑之一（Hao et al.，2023），然而玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及土壤主要酶活性對該種農(nóng)藥拌種處理的響應(yīng)尚不清楚。因此，研究氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落多樣性及酶活性的影響，對于科學(xué)、安全使用氯蟲苯甲酰胺拌種防治玉米害蟲具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】化學(xué)農(nóng)藥的施用對土壤微生物及酶活性的影響已成為評價(jià)農(nóng)藥生態(tài)安全的重要指標(biāo)之一。已有研究表明，使用農(nóng)藥會(huì)影響土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性，且其影響與農(nóng)藥種類、施用方式和作物種類等有關(guān)。許博濤等（2022）發(fā)現(xiàn)施用種衣劑降低了土壤微生物的平均顏色變化率和多樣性指數(shù)，對土壤微生物產(chǎn)生一定的毒害作用；任芳輝（2023）發(fā)現(xiàn)使用咯菌腈后，花生成熟期根際土壤的酸桿菌門（Acidobacteriota）相對豐度明顯高于其他處理。此外，使用農(nóng)藥也會(huì)影響土壤酶活性（Jungetal.，2016），而土壤酶活性也可影響土壤微生物的功能（鄧杰，2017），且不同農(nóng)藥對土壤酶活性的影響存在差異。Chen等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤酶對莠去津污染的敏感性排序?yàn)殡迕?gt;轉(zhuǎn)化酶>過氧化氫酶；Cycoń和Piotrowska-Seget（2014）研究發(fā)現(xiàn)，吡蟲啉處理對土壤脲酶和脫氫酶活性有明顯影響；Wang等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，嘧菌酯處理前期對紅壤脲酶活性有顯著抑制作用，但后期脲酶活性逐漸恢復(fù)到對照水平；劉亞東等（2023）研究表明，噻蟲嗪和噻蟲嗪苯醚甲環(huán)唑混劑2種玉米種衣劑均能激活根際土壤和非根際土壤的過氧化氫酶和脫氫酶活性，土壤酶活性的激活效應(yīng)會(huì)隨玉米生長時(shí)間的延長而逐漸降低?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】氯蟲苯甲酰胺懸浮劑已用于草地貪夜蛾、溝金針蟲、銅綠麗金龜及小地老虎等害蟲的田間防治（何發(fā)林等，2020；甘林等，2021），近年來也用于拌種處理以防治害蟲（韓永強(qiáng)等，2022）。已有研究報(bào)道氯蟲苯甲酰胺拌種能促進(jìn)玉米增產(chǎn)（甘林等，2021），對花生出苗無明顯影響（宋敏等，2022），對水稻種子發(fā)芽安全（韓永強(qiáng)等，2022），但其拌種處理對作物根際土壤細(xì)菌群落多樣性及主要酶活性的影響尚不清楚?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用田間小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種處理，利用高通量測序技術(shù)測定播種后不同時(shí)期玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性，同時(shí)測定根際土壤酶活性，研究氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落及酶活性的影響，以期為利用氯蟲苯甲酰胺拌種防治玉米害蟲提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試玉米品種為師單8號，由云南省曲靖市師宗縣植保植檢站提供。供試農(nóng)藥為50%氯蟲苯甲酰胺種子處理懸浮劑（上海杜邦農(nóng)化有限公司）。

1.2試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于曲靖市師宗縣龍慶鄉(xiāng)（24°29′07″N，104°4′58″E；海拔1326 m），屬于溫帶大陸性氣候區(qū)，喀斯特地形地貌，沙質(zhì)土壤、疏松肥沃。年平均日照時(shí)數(shù)1500h，年平均氣溫15.2℃，年平均降水量1350 mm。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)以清水拌種為對照（CK），設(shè)氯蟲苯甲酰胺懸浮劑拌種處理（T），每500 g種子用量為3.4 g。每處理3次重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30m 小區(qū)間隔1m，完全隨機(jī)區(qū)組排列。

1.3.2玉米種植與管理玉米于2022年6月2日播種，株距20 cm、行距60 cm。按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)措施進(jìn)行管理，采取人工除草方式，整個(gè)生育期不施用其他農(nóng)藥。

1.3.3土壤樣本采集分別于玉米播種后15、35和60 d，選取3塊田，每塊田均采用五點(diǎn)取樣法采集土壤樣品，CK和T處理對應(yīng)天數(shù)的樣品分別記為CK-15 d、CK-35 d、CK-60 d和T-15 d、T-35 d、T-60 d。每點(diǎn)取5株玉米，將玉米從土壤中整株挖出，輕輕抖落與根系結(jié)合松散的土壤，再用細(xì)刷刷取與根際結(jié)合緊密的土壤作為根際土壤樣品（Sun et al.，2021）。將土壤樣品充分混勻后，分成2份，1份置于-80℃冰箱保存，用于土壤微生物多樣性測定（丁峰等，2021），另1份自然風(fēng)干后用于土壤酶活性測定（郝韻寒和靳亞忠，2022）。

1.3.4根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性測定取-80℃冰箱保存的土壤樣品，分裝于2 mL無菌離心管中，樣品總基因組DNA提取根據(jù)PowerSoil DNA分離試劑盒（美國MO Bio Laboratories公司）說明書進(jìn)行。選用通用引物338F（5'-ACTCCTACG GGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGG GTWTCTAAT-3'）擴(kuò)增16S rRNA V3～V4區(qū)，PCR擴(kuò)增和后續(xù)分析在Illumina NovaSeq測序平臺上進(jìn)行。采用雙末端測序（Paired-end）方法，構(gòu)建小片段文庫進(jìn)行測序。通過對Reads拼接過濾，聚類或去噪，并進(jìn)行物種注釋（相似性≥97%）及豐度分析揭示樣品的物種構(gòu)成；通過Alpha多樣性分析、主成分分析（Principal component analysis，PCA）、冗余分析（Redundancy analysis，RDA）和顯著物種差異分析評估氯蟲苯甲酰胺對玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響。

1.3.5根際土壤酶活性測定取采集后風(fēng)干的土樣，用40目（<2 mm）篩子篩分，再用四分法取樣，分裝于2支2 mL無菌離心管中，1支為測定管，1支為備份管，常溫儲存，用于土壤酶活性測定（郝韻寒和靳亞忠，2022）。采用DNS比色法測定土壤蔗糖酶活性，采用靛酚藍(lán)比色法測定土壤脲酶活性，采用紫外分光光度法測定土壤過氧化氫酶活性（楊蘭芳等，2011）。土壤酶活性均按照試劑盒（蘇州格銳思生物科技有限公司）說明采用酶標(biāo)儀進(jìn)行測定。

1.4數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2016、百邁克云分析平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，采用Origin 2021繪圖。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0的Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，獨(dú)立T檢驗(yàn)進(jìn)行雙重比較。采用SPSS 25.0進(jìn)行主成分分析。使用UPARSE根據(jù)97%的相似度對序列進(jìn)行操作分類單元（Operational taxonomic units，OTU）聚類。

2結(jié)果與分析

2.1玉米根際土壤細(xì)菌群落序列分析結(jié)果

由表1可知，玉米播種后15 d，CK-15 d和T-15 d土壤樣品中分別獲得有效序列12928和12733條，分別注釋到細(xì)菌27門56綱157目264科437屬662種和25門53綱141目233科390屬635種；玉米播種后35 d，CK-35 d和T-35 d土壤樣品中分別獲得有效序列12710和12712條，分別注釋到細(xì)菌25門52綱147目243科400屬624種和26門59綱164目279科491屬815種；玉米播種后60 d，CK-60 d和T-60 d土壤樣品中分別獲得有效序列12975和12973條，分別注釋到細(xì)菌23門53綱142目241科438屬725種和25門56綱158目262科465屬753種。由此可知，播種后15 d，T處理根際土壤種群注釋到的土壤細(xì)菌不同分類階元?dú)w類數(shù)量低于CK；隨著玉米的生長發(fā)育，至播種后35和60 d，T處理的細(xì)菌門、綱、目、科、屬和種的數(shù)量均高于CK。

2.2玉米根際土壤細(xì)菌群落的Alpha多樣性分析結(jié)果

根據(jù)玉米根際土壤細(xì)菌群落Illumina NovaSeq測序結(jié)果（表2），T處理及CK樣品測序的覆蓋率均在84.00%以上，表明樣品中的序列絕大多數(shù)被測出，測序結(jié)果能較好反映細(xì)菌群落組成的真實(shí)情況。

由表2可知，與CK相比，T處理的玉米根際土壤細(xì)菌群落Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)變化趨勢不一致，播種后15 d，二者均較CK升高，但隨著玉米的生長發(fā)育，播種后60 d，T處理的Shannon指數(shù)較CK有所升高，而Simpson指數(shù)則較CK略有降低。與CK相比，玉米播種后15、35和60 d時(shí)，T處理的Chao1指數(shù)分別提高64.83%、20.35%和21.16%，ACE指數(shù)分別提高95.33%、24.31%和29.35%。由此可知，氯蟲苯甲酰胺拌種提高了玉米根際土壤細(xì)菌群落的豐富度，但隨著播種后時(shí)間的推移和玉米的生長，T處理與CK的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù)差異逐漸減小。

2.3氯蟲苯甲酰胺拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1玉米根際土壤細(xì)菌門水平群落結(jié)構(gòu)圖1-A顯示，在門分類水平上，播種后15、35和60 d，T處理玉米根際土壤細(xì)菌群落門水平的相對豐度較CK發(fā)生變化，各土壤樣品高通量測序后均獲得10個(gè)門和未確定類群，10個(gè)門分別為變形菌門（Proteobacte-ria）、酸桿菌門、擬桿菌門（Bacteroidota）、綠彎菌門（Chloroflexi）、疣微菌門（Verrucomicrobiota）、浮霉菌門（Planctomycetota）、髕骨細(xì)菌門（Patescibacteria）、unclassified_Bacteria、芽單胞菌門（Gemmatimo-nadota）和硝化螺旋菌門（Nitrospirota）。CK和T處理的優(yōu)勢門均為變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門，占所有細(xì)菌群落總數(shù)的73.00%以上。圖1-B顯示，與CK相比，T處理的玉米根際土壤細(xì)菌變形菌門相對豐度在播種后15和35 d較CK分別增加7.84%和12.52%，而在播種后60 d降低19.55%；酸桿菌門相對豐度在播種后15和35 d分別降低5.43%和7.43%，而在播種后60 d增加44.06%；擬桿菌門相對豐度在播種后15和35 d分別增加45.09%和45.25%，而在播種后60 d降低41.96%；綠彎菌門相對豐度在播種后15、35和60 d分別降低32.94%、40.20%和28.79%；疣微菌門相對豐度在播種后15和35 d分別降低11.58%和13.17%，而在播種后60 d增加26.31%。

2.3.2玉米根際土壤細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)各處理玉米根際土壤細(xì)菌在屬水平上的分布見圖2。圖2-A顯示，相對豐度排序前10的細(xì)菌屬分別為未分類酸桿屬（unclassified_Acidobacteriales）、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）、Candidatus_Udaeobacter、溫泉球菌屬（Tepidisphaera）、unclassified_Bacteria、溶桿菌屬（Bryobacter）、黃色土源菌屬（Flavisolibacter）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira）、unclassified_SC I 84、未分類芽單胞菌屬（unclassified_Gemmatimonadaceae）。拌種處理不同樣品的優(yōu)勢細(xì)菌屬有所不同，T-15 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（8.03%）、鞘氨醇單胞菌屬（6.64%）、Candidatus_Udaeobacter（5.13%）、溶桿菌屬（5.26%），T-35 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（6.78%）、Candidatus_Udaeobacter（3.84%）、溫泉球菌屬（4.76%），T-60 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（12.98%）、鞘氨醇單胞菌屬（6.14%）、Candida-tus_Udaeobacter（4.02%）。CK結(jié)果表明，CK-15 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（9.61%）、Candidatus_Udaeobacter（5.15%）、unclassified_Bacteria（4.99%），CK-35 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（8.13%）、Can-didatus_Udaeobacter（5.02%）、溫泉球菌屬（5.45%），CK-60 d的優(yōu)勢細(xì)菌屬有未分類酸桿屬（8.49%）、鞘氨醇單胞菌屬（4.70%）。

由圖2-B可知，未分類酸桿屬均為CK和T處理的優(yōu)勢菌屬，在玉米播種后15和35 d，T處理的未分類酸桿屬相對豐度均低于CK，而播種后60 d則高于CK，較CK高52.91%；T處理的鞘氨醇單胞菌屬相對豐度在播種后15、35和60 d均高于CK，分別較CK高160.15%、23.61%和30.72%；T處理的Candidatus_Udaeobacter相對豐度與未分類酸桿屬相對豐度變化趨勢一致，在播種后15和35 d低于CK，而播種后60 d高于CK，較CK高41.59%。

2.3.3玉米根際土壤細(xì)菌群落的OTU分析玉米根際土壤細(xì)菌群落的OTU分析結(jié)果（圖3）表明，在玉米播種后15、35和60 d，T處理和CK共有的OTUs數(shù)為1165個(gè)，其中CK-15 d和T-15 d、CK-35 d和T-35 d、CK-60 d和T-60 d特有的OTUs數(shù)分別為225和198個(gè)、148和205個(gè)、267和180個(gè)。

2.3.4玉米根際土壤細(xì)菌群落的主成分分析由圖4可看出，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）對樣本組成差異的貢獻(xiàn)率分別為22.80%和18.55%。CK-60 d與T-60 d的距離較遠(yuǎn)，表明二者的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在差異。T-15 d與T-35 d樣品點(diǎn)距離較近，表明二者的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似。

2.4玉米根際土壤細(xì)菌群落的功能預(yù)測

利用PICRUSt 2對玉米根際土壤細(xì)菌16S rRNA進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)氯蟲苯甲酰胺處理后的土壤細(xì)菌功能基因主要與代謝及能源產(chǎn)生相關(guān)。在COG注釋的功能有24個(gè)，主要功能為氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、功能與預(yù)測，其次為能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化、細(xì)胞壁/膜/被膜生物合成、碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、輔酶轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝及翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物合成等功能，而RNA加工與修飾、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞外結(jié)構(gòu)與細(xì)胞骨架功能較少（圖5）。

2.5氯蟲苯甲酰胺拌種對玉米根際土壤酶活性的影響

由圖6-A可看出，播種后15、35和60 d，T處理的玉米根際土壤過氧化氫酶活性分別較CK升高57.85%、10.50%和51.67%，其中，播種后15和60 d的差異達(dá)顯著水平（r<0.05，下同）。由圖6-B可看出，播種后15 d，T處理的土壤蔗糖酶活性顯著低于CK，較CK降低37.35%；而播種后35和60 d，T處理的土壤蔗糖酶活性顯著高于CK，較CK分別升高19.95%和61.66%。由圖6-C可看出，玉米播種后15 d，T處理的土壤脲酶活性較CK升高18.89%，而播種后35和60 d時(shí)則較CK降低15.76%和13.26%，但差異未達(dá)顯著水平（r>0.05）。綜上可知，氯蟲苯甲酰胺拌種能激活玉米根際土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，但對土壤脲酶活性無明顯影響。

2.6土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤酶活性的相關(guān)性

為探明氯蟲苯甲酰胺拌種處理下玉米根際土壤細(xì)菌群落與土壤主要酶活性的關(guān)系，對二者進(jìn)行冗余分析。由圖7可知，第一軸（RDA1）和第二軸（RDA2）的特征值分別為14.95%和7.54%，說明前2個(gè)排序軸共解釋22.49%的細(xì)菌群落變化。在單因素影響中，變形菌門、unclassified_Bacteria、綠彎菌門和硝化螺旋菌門是土壤細(xì)菌群落組成的重要因子，而土壤脲酶活性和過氧化氫酶活性是影響土壤細(xì)菌群落組成的重要因子。土壤脲酶活性、蔗糖酶活性與RDA1呈正相關(guān)，土壤過氧化氫酶活性則與RDA1呈負(fù)相關(guān)；土壤脲酶活性與RDA2呈正相關(guān)，土壤蔗糖酶活性、過氧化氫酶活性則與RDA2呈負(fù)相關(guān)。土壤過氧化氫酶活性與T-15 d、T-35 d的夾角為銳角，與其他樣品點(diǎn)的夾角為鈍角，說明土壤過氧化氫酶活性與T-15 d、T-35 d的玉米根際土壤細(xì)菌群落呈正相關(guān)，與其他樣品的玉米根際土壤細(xì)菌群落呈負(fù)相關(guān)；土壤蔗糖酶活性與T-15 d、T-60 d的夾角為銳角，與T-35 d的夾角為鈍角；土壤脲酶活性與T-15 d、T-35 d、T-60 d的夾角為鈍角，說明土壤脲酶活性與氯蟲苯甲酰胺拌種處理的玉米根際土壤細(xì)菌群落呈負(fù)相關(guān)。播種后15和35 d，擬桿菌門、疣微菌門、浮霉菌門、髕骨細(xì)菌門的相對豐度與土壤過氧化氫酶活性呈正相關(guān)；播種后60 d，酸桿菌門、芽單胞菌門、硝化螺旋菌門的相對豐度與土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性呈正相關(guān)。

3討論

農(nóng)藥對土壤微生物的影響是國內(nèi)外許多學(xué)者關(guān)注的問題，不同農(nóng)藥對土壤微生物的影響存在差異。Nettles等（2016）發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥拌種能顯著影響玉米和大豆根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)；Satapute等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，施用殺菌劑丙環(huán)唑能顯著降低土壤中的細(xì)菌和真菌數(shù)量；Wang等（2019）則發(fā)現(xiàn)施用殺菌劑甲霜靈能促進(jìn)土壤細(xì)菌生長。本研究采用高通量測序技術(shù)分析氯蟲苯甲酰胺拌種對玉米根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)氯蟲苯甲酰胺拌種在玉米生長的不同階段對土壤細(xì)菌數(shù)量有不同影響，其中播種后15 d玉米根際土壤中細(xì)菌種類及數(shù)量均低于對照，但隨著玉米的生長發(fā)育，其差異逐漸減小，到播種后35和60 d時(shí)拌種處理的玉米根際土壤細(xì)菌門、綱、目、科、屬和種的數(shù)量均已得到恢復(fù)且高于對照。表明氯蟲苯甲酰胺拌種在玉米早期生長階段對土壤細(xì)菌的種類和數(shù)量有一定抑制作用，但隨著玉米的生長發(fā)育，抑制作用逐漸減小，后期已無明顯影響。但本研究僅是針對師單8號玉米品種進(jìn)行的試驗(yàn)，且是在氯蟲苯甲酰胺田間推薦劑量下的研究結(jié)果，而對于其他玉米品種或其他藥劑用量下的結(jié)果還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

Nettles等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，使用混合的系統(tǒng)性殺蟲劑噻蟲嗪（新煙堿類）、接觸殺菌劑氟蟲腈、系統(tǒng)性殺菌劑甲氧克諾嗪、唑菌酯和噻苯達(dá)唑?qū)τ衩追N子進(jìn)行處理后，對玉米根際土壤細(xì)菌豐富度影響不顯著；Li等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，用新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉和噻蟲胺處理小麥種子后，在小麥苗期、復(fù)壯期和收獲前，表征小麥根際微生物豐度和多樣性的Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)均未發(fā)生顯著變化。本研究也得出相似結(jié)果，使用氯蟲苯甲酰胺拌種處理后，玉米根際土壤細(xì)菌群落的豐富度（ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)）高于對照，但差異不顯著。分析原因，可能是由于氯蟲苯甲酰胺和上述相關(guān)文獻(xiàn)提到的殺蟲劑（如噻蟲嗪、吡蟲啉等）同屬于新煙堿類殺蟲劑，對土壤微生物群落的影響較相似。前人研究表明，不同作物的根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也不相同，如玉米根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢門是變形菌門（Bul-garellietal.，2013），白三葉（Trifolium repens L.）根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢門也為變形菌門（Mu et al.，2024），商陸植物根際土壤細(xì)菌的優(yōu)勢細(xì)菌門包括變形菌門和酸桿菌門（Li etal.，2023）。同時(shí)，土壤微生物種類繁多，不同微生物對農(nóng)藥的響應(yīng)也不相同。Medo等（2021）研究發(fā)現(xiàn)施用二甲草胺會(huì)引起變形菌門豐度顯著增加，酸桿菌門顯著豐度減少；Pertile等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，施用除草劑咪草煙和氟米津后土壤中酸桿菌門、疣微菌門和浮霉菌門細(xì)菌數(shù)量顯著減少，而芽單胞菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門細(xì)菌數(shù)量顯著增加；周彤彤（2023）研究發(fā)現(xiàn)，玉米田施用嘧菌酯后，土壤優(yōu)勢細(xì)菌門包括變形菌門、擬桿菌門、酸桿菌門、無類別菌門、芽單胞菌門、放線菌門、浮霉菌門和疣微菌門；任芳輝（2023）發(fā)現(xiàn)使用咯菌腈后，花生成熟期根際土壤細(xì)菌中酸桿菌門相對豐度明顯高于其他處理。本研究發(fā)現(xiàn)，氯蟲苯甲酰胺拌種處理后玉米根際土壤細(xì)菌群落中變形菌門、酸桿菌門、擬桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門為優(yōu)勢菌門，未分類酸桿屬均為各處理的優(yōu)勢菌屬。然而不同時(shí)期，各優(yōu)勢菌門的相對豐度變化有所不同，播種后15和35 d，拌種處理的變形菌門、擬桿菌門相對豐度均較對照升高，而播種后60 d則均較對照降低；酸桿菌門和疣微菌門的變化則相反，在播種后15和35d，拌種處理均較對照降低，在播種后60 d則均較對照升高。本研究結(jié)果表明氯蟲苯甲酰胺能促進(jìn)土壤中變形菌門與擬桿菌門細(xì)菌的繁殖，而對酸桿菌門和疣微菌門的細(xì)菌具有較強(qiáng)的抑制作用，但其具體作用機(jī)制還需深入探究。

土壤酶活性反映土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向，是土壤的本質(zhì)屬性之一。土壤過氧化氫酶主要分解土壤中的過氧化氫，降低過度累積的過氧化氫對植物根系的危害。本研究發(fā)現(xiàn)氯蟲苯甲酰胺拌種處理后，玉米根際土壤過氧化氫酶活性升高，表明氯蟲苯甲酰胺對土壤過氧化氫酶產(chǎn)生了明顯的激活作用，該結(jié)果與Cycoń和Piotrowska-Seget（2015）報(bào)道的吡蟲啉對土壤過氧化氫酶的影響結(jié)果相似。蔗糖酶能催化土壤中的低聚糖水解為植物可利用的葡糖和果糖等單糖，參與土壤有機(jī)碳循環(huán)。本研究發(fā)現(xiàn)，玉米播種后35和60d，氯蟲苯甲酰胺拌種處理的玉米根際土壤蔗糖酶活性顯著上升，表明拌種處理激活了玉米根際土壤蔗糖酶活性，促進(jìn)土壤中的有機(jī)碳循環(huán)，從而促進(jìn)玉米的養(yǎng)分吸收，該結(jié)果與郝韻寒和靳亞忠（2022）報(bào)道木霉菌拌種處理對綠豆土壤根際蔗糖酶活性的影響結(jié)果相似。土壤脲酶能促進(jìn)尿素水解為氨，從而為植物提供氮素營養(yǎng)。本研究中，氯蟲苯甲酰胺拌種處理對玉米根系土壤脲酶活性無顯著影響，表明土壤脲酶活性對氯蟲苯甲酰胺拌種不敏感，與Wang等（2015）、Du等（2018）的研究結(jié)果相似。

本研究利用PICRUSt 2功能概況預(yù)測法對氯蟲苯甲酰胺拌種處理后玉米根際土壤細(xì)菌群落功能進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)其主要功能為氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、功能與預(yù)測，其次為能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化、細(xì)胞壁/膜/被膜生物合成、碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、輔酶轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝及翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物合成等功能，該結(jié)果與使用氯蟲苯甲酰胺后土壤中過氧化氫酶和蔗糖酶活性增強(qiáng)而脲酶活性降低結(jié)果一致。本研究揭示了氯蟲苯甲酰胺拌種處理后玉米根際土壤細(xì)菌群落的主要功能，氯蟲苯甲酰胺處理可能通過影響氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，促進(jìn)某些細(xì)菌的生長，從而增加其相對豐度，同時(shí)也可能改變土壤中的能量代謝途徑，增強(qiáng)過氧化物酶和蔗糖酶活性，從而影響細(xì)菌群落的功能。

4結(jié)論

氯蟲苯甲酰胺拌種處理會(huì)對玉米生長早期的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，但隨著時(shí)間的推移和玉米的生長，對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響逐漸降低。氯蟲苯甲酰胺拌種處理可顯著提高玉米根際土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，且土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性與玉米根際土壤細(xì)菌優(yōu)勢菌門密切相關(guān)。

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（責(zé)任編輯王暉）