棉隆熏蒸對十字花科根腫病土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響

關(guān)鍵詞：棉隆；熏蒸；高通量測序技術(shù)；土壤微生物群落結(jié)構(gòu)；多樣性

中圖分類號：S435.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號:2097-2172(2025)06-0572-07

doi:10.3969/j.issn.2097-2172.2025.06.014

Effects of Dazomet Fumigation on Soil Microbial Community Structure in Relation to Clubroot Disease of Cruciferous Crops

JING Zhuoqiong，XU Shengjun， Sun Qian， Guo Zhijie (Institute of Plant Protection， Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 73oo7o， China)

Abstract:Theefectsof dazometfumigationonthemicrobialcommunitystructureofcruciferous clubrotsoil were studied aimingtoprovideatheoreticalbasisfortheaplicationofdazometfumigationincontrolingsoil-boediseasesofcruciferous vegetables.High-throughputsequencing technologywasemployedtoanalyzethesoil microbialcommunitystructureafterdazomet fumigationinclubroot-infectedsoil.Resultsshowedthattheabundanceoffungiandthediversityofbacteriainthesoilwere significantlyreducedbysoilfumigation，andtheOUTs(operationaltaxonomicunit)clusteringresultsofbacteriaandfugiby β diversityanalysisshowedthatthfumigationsignificantlychangedthestructureofmicrobialcommunitiesinthesoil.Thecommunity structuresimilarityusingtwodiferentconcentrationsoffumigationtreatmentwashigh，butshowedlowsimilaritytountreatedand water-treatedcontrolsamplescolltedonthedayofmembraneremoal.Inadition，teuseofdiferentconcentrationsoffuigation (375，400kg/ha)couldalsoincreasetheabundanceofbeneficialfungisuchasChaetomiumandTetracladium，andreducethe abundanceofpathogenicfungisuchasAlternariaandFusarium.However，fumigationalsohadanegativeimpactoncertain beneficial soil fungi.The highest increase inabundance of Chaetomium was 6.69% ，and the highest decrease in Alternaria was 8.84% ：

Key Words:Dazomet; Fumigation; High-throughputsequencing technology; Soil microbial community structure; Diversit

蔬菜產(chǎn)業(yè)是蘭州鄉(xiāng)村振興的支柱產(chǎn)業(yè)，蘭州市僅2023年蔬菜產(chǎn)量就達(dá)223.7萬t，產(chǎn)值124億元，其中十字花科蔬菜是蘭州蔬菜產(chǎn)業(yè)的主栽蔬菜，榆中大白菜、甘藍(lán)、花椰菜等有一定優(yōu)勢的十字花科蔬菜已被認(rèn)證為全國地理標(biāo)志產(chǎn)品[]，是甘肅高原夏菜的主導(dǎo)蔬菜種類[2-3]。由蕓臺根腫菌(PlasmodiophorabrassicaeWoron.)引起的十字花科根腫病（Cruciferousclubrootdisease）是一種影響較嚴(yán)重的土傳病害[4]，當(dāng)作物被該菌侵染后，在植物根系會形成手指形、紡錘形等大小形狀不一的腫瘤[5]，嚴(yán)重影響了根系對水分和養(yǎng)分的吸收，使得植株地上部出現(xiàn)萎蔫、黃化、生長遲緩，甚至死亡［6]。在全球，該病原菌平均每年造成最高 15% 的產(chǎn)量損失，在我國多地均有發(fā)生，危害面積320萬 ～400 萬 hm^2[7] 。該病原菌可在土壤中存活8a以上，休眠孢子可在無病原污染的土壤存活 20a^[8-9] ，一旦該地塊帶菌將長期不適宜種植十字花科作物。因此，研究十字花科根腫病的有效防治措施對于蘭州市乃至甘肅省的十字花科蔬菜的生產(chǎn)都有著十分重要的意義。

目前，防治土傳病蟲害常用的物理方法主要包括輪作、選用抗病品種、深翻、太陽能消毒等方法，但由于可操作性差、效果差、效率低等諸多原因，物理防治措施難以推行。而播前利用土壤熏蒸劑對土壤進(jìn)行熏蒸消毒的方法卻行之有效「\"0]。棉隆作為一種廣譜性土壤熏蒸劑，具有施用簡便、安全高效等特性，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，目前主要針對瓜類、番茄、草莓和芹菜等高附加值作物的土傳病害消毒工作。諸多研究均證實(shí)了棉隆在不同作物土傳病害防治方面的顯著成效，如王晴等[1]通過評價(jià)發(fā)現(xiàn)，棉隆與太陽能消毒技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，能對草莓土傳病害實(shí)現(xiàn)良好的控制效果；楊波等[2]研究表明，采用棉隆 20g/m² 的劑量并與微生物菌肥共同使用，不僅可防控番茄土傳病害，還能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)提質(zhì)的雙重效益；尚虎山等[13]研究顯示，利用 98% 棉隆對當(dāng)歸育苗土進(jìn)行消毒處理，對當(dāng)歸麻口病的防治效果最高能達(dá)到 69.30% ；曹世勤等［14］研究指出，棉隆用于土壤處理時(shí)，對小麥全蝕病的防效為 64.71%～100% ；Slusarski等[15]研究也表明，棉隆可以作為溴甲烷的替代品與棘孢木霉聯(lián)合使用防止甜椒土傳病害的發(fā)生；Mao等[6]也認(rèn)為棉隆可以替代溴甲烷防治生姜青枯病。本研究在前期驗(yàn)證了棉隆熏蒸處理能有效處理十字花科根腫病發(fā)生的基礎(chǔ)上，采用高通量測序法明確了熏蒸處理對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，旨在為棉隆土壤消毒防治十字花科根腫病應(yīng)用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1 供試材料

供試藥劑為 98% 棉隆微粒劑，由江蘇南通市施壯化工有限公司生產(chǎn)。指示花椰菜品種雪妃，

由先正達(dá)種子公司生產(chǎn)。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地位于蘭州市皋蘭縣石洞鎮(zhèn)陽洼窯村。該試驗(yàn)地連續(xù)多年種植花椰菜，試驗(yàn)前該地塊十字花科根腫病發(fā)生嚴(yán)重，未對該田塊使用其他薰蒸劑進(jìn)行處理。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，分別為施用98% 棉隆微粒劑 375kg/hm² 熏蒸處理、施用 98% 棉隆微粒劑 400kg/hm² 熏蒸處理、清水對照。每處理3次重復(fù)。

2017年11月進(jìn)行 98% 棉隆微粒劑土壤消毒處理。試驗(yàn)前平整土地，清除前茬植物殘?bào)w，施藥前7d灌水。藥劑處理時(shí)，按照以上施用劑量將棉隆均勻撒施，然后用旋耕機(jī)將棉隆與土壤均勻混勻在約 30cm 土層中，立即用無破損厚 0.04mm 的低密度聚乙烯薄膜完全覆蓋土壤表面，確保處理土壤完全密閉。2018年3月揭膜敞氣，20d后移栽長勢一致的花椰菜苗，進(jìn)行正常的水肥管理

1.3土壤樣品采集

于2017年11月采集未做惠蒸處理土壤樣品G1，2018年3月揭膜當(dāng)天采集清水對照土壤樣品G2、 375kg/hm² 熏蒸處理土壤樣品G3、 400kg/hm² 熏蒸處理土壤樣品G4。取樣時(shí)利用5點(diǎn)法采集土壤土層 5～20cm 的土壤，同一處理土壤樣品混勻，裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，轉(zhuǎn)移至凍存管中液氮冷凍后置于 -80°C 冰箱保存。

1.4土壤樣品處理

使用TIANampSoilDNAKit土壤DNA試劑盒提取DNA，用百邁克生物科技有限公司的IlluminaHiSeq測序平臺進(jìn)行熏蒸前后土壤微生物的高通量測序。土壤細(xì)菌測序區(qū)域?yàn)?V3+V4 區(qū)域，引物338F/806R；土壤真菌測序區(qū)域?yàn)镮TS1，引物ITS1F/ITS2R。

1.5數(shù)據(jù)處理及分析

將各處理原始序列過濾拼接得到優(yōu)化Tags，將Tags進(jìn)行聚類后劃分OUT單元并得到其物種分類。對各處理進(jìn)行分類學(xué)分析，獲得各處理在門和屬上的物種分布圖；通過 ∝ 多樣性分析計(jì)算在97% 相似度水平下的Ace、Chaol、Shannon及Simpson指數(shù)，并制作稀釋曲線；通過β多樣性分析來比較不同處理在群落組成及結(jié)構(gòu)上存在的差異，獲得樣品層次聚類（UPGMA）樹。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤樣品測序評估

對土壤樣品處理測序結(jié)果進(jìn)行評估可知，4個(gè)樣品細(xì)菌多樣性測序共獲得320175對PEReads，經(jīng)過雙端reads拼接和原始序列過濾后得到290713條Cleantags，即優(yōu)化序列數(shù)；真菌多樣性測序共獲得319954對PEReads，經(jīng)過雙端Reads拼接和過濾后得到290946條Cleantags；使用QIIME（version1.8.0)軟件中的UCLUST對Tags在 97% 的相似度水平下進(jìn)行聚類［17-18]、獲得細(xì)菌2336個(gè)OUT、真菌1351個(gè)0UT；隨機(jī)抽取測序序列，統(tǒng)計(jì)這些序列所代表的OUT數(shù)，然后以序列數(shù)和物種數(shù)來構(gòu)建稀釋性曲線(圖1、圖2)可以看出，各處理隨著測序條數(shù)增大，稀釋性曲線逐漸趨于平緩，說明測序量充分，可以進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)分析。

2.2棉隆熏蒸處理對土壤微生物真菌和細(xì)菌的α多樣性分析

∝ 多樣性分析是分析物種豐度及多樣性的方法，Chao1和ACE指數(shù)用來衡量物種豐度，Shan-non和Simpson指數(shù)可以衡量物種多樣性。由表1可知，真菌和細(xì)菌各樣點(diǎn)的覆蓋率均大于 99.00% ，說明各處理的微生物物種信息均得到了充分的體現(xiàn)，可以完全反映土壤中真菌和細(xì)菌的真實(shí)情況。棉隆熏蒸處理后土壤樣品G3、G4的真菌ACE指數(shù)較清水對照土壤樣品G2分別降低了 162.5194 、173.3645，即 21.94% 、 23.40% ；Chao1指數(shù)較G2分別降低了157.0086、170.4318，即 21.38% ！23.21% ；分析表中的Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)可知，細(xì)菌組的Shannon指數(shù)從大到小依次為G1、G2、G4、G3，Simpson指數(shù)從大到小依次為G3、G4、G2、G1，由此說明，細(xì)菌組各處理的物種多樣性從高到低依次為G1、G2、G4、G3。表明棉隆土壤熏蒸處理可顯著降低土壤中的微生物真菌的豐度和微生物細(xì)菌的多樣性。

2.3棉隆熏蒸處理對土壤微生物真菌和細(xì)菌的 β 多樣性分析

UPGMA分析是一種基于各樣品序列間的進(jìn)化信息的差異來計(jì)算樣品間的差異的分析方法。由細(xì)菌和真菌的OUT聚類分析結(jié)果(圖3)顯示，2個(gè)不同時(shí)間采集的未做熏蒸處理土壤樣品G1和清水對照土壤樣品G2聚為一類，表明沒有經(jīng)過熏蒸處理的2個(gè)對照樣品土壤微生物群落組成結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；使用棉隆不同濃度熏蒸處理后的土壤樣品G3、G4聚為一類，表明棉隆熏蒸的處理方法顯著改變了土壤中微生物群落的結(jié)構(gòu)，且改變后各處理的群落結(jié)構(gòu)相似性高，與未做熏蒸處理土壤樣品G1、清水對照土壤樣品G2相似性較低。

2.4細(xì)菌和真菌物種分布分析

由圖4可知，在門水平上，各處理在細(xì)菌菌落的組成上并無顯著差異，但在相對豐度上差異明顯。其中各處理相對豐度最高的10個(gè)門分別為放線菌門（Actinobacteria）、芽單胞菌門（Gemmati-monadetes）、變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）、浮霉菌門（Planctomycetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、后壁菌門（Firmicutes）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）、疣微菌門（Verrucomicrobia）。與清水對照土壤樣品G2相比，棉隆熏蒸處理后的土壤樣品G3、G4的放線菌門相對豐度分別增加了 19.76% 、 15.08% ：后壁菌門分別增加了 9.28% 、 12.32% ；變形菌門減少最多，分別降低了 16.16% 、 7.01% ；酸桿菌門分別降低了 14.94% 、 6.94% 。從屬水平分布可看出，棉隆熏蒸處理增加了類芽孢八疊球菌屬(Paenisporosarcina）和類谷氨酸桿菌屬（Paeniglu-tamicibacter)的相對豐度，熏蒸后土壤樣品G3較清水對照土壤樣品G2分別增加了 5.52% 、 12.14% ;土壤樣品G4較清水對照土壤樣品G2分別增加了

A B 100 ■Others 100 ■Unclassified ■Verrucomicrobia ■Others 80 ■Nitrospirae 80 ■Gemmatimonas %豐聯(lián) ■Planctomycetes ere ■Bacteroidetes %用豐聯(lián) uncultured_bacterium_c_Subgroup_6 ■Firmicutes uncultured_bacterium_f_Anaerolineaceae ■Chlroflexi ■uncultured_bacterium_f_Nitrosomonadaceae ■Gemmatimonadetes Paenisporosarcina 20 ■Acidobacteria 20 Paeniglutamicibacter ■Actinobacteria Iuncultured_bacterium_f_Gemmatimonadacea 0 ■Proteobacteria ■Sphingomonas G1 G2 G3 G4 0 G1 G2 G3 G4 土壤樣品 土壤樣品

7.81% 、 7.98% 。

由圖5可知，在門水平上，棉隆熏蒸后各處理真菌相對豐度顯著降低，且對G3的影響顯著高于G4。其中，子囊菌門（Ascomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、油壺菌門（Olpidiomycota）、壺菌門（Chytridiomyco-ta）、羅茲菌門（Rozellomycota）、毛霉門（ Mu- coromycota)等9個(gè)門相對豐度較高，最高的為子囊菌門，占 29.82%～55.09% ；棉隆熏蒸后土壤樣品G3、G4中油壺菌門、被孢霉門豐度較未做熏蒸的土壤樣品G1顯著降低，G3分別降低了 18.54% 、111.60% ；G4分別降低了 18.68% 、 11.30% 。棉隆熏蒸后土壤樣品G3、G4中擔(dān)子菌門豐度較未做熏蒸的對照土壤樣品G2降低了 8.67% 、 9.16% 。在屬水平上，棉隆熏蒸后各處理真菌多樣性顯著降低，其中豐度較高的有毛殼菌屬（Chaetomium）、鏈格孢屬(Alternaria)、被孢霉屬（Mortierella)、癬囊腔菌屬（Plectosphaerella）、油壺菌屬（Olpidium）、鐮刀菌屬（Fusarium）、赤霉屬(Gibberella)等9個(gè)屬。棉隆熏蒸可顯著增加毛殼菌屬（Chaetomium）和Tetracladium的豐度，棉隆熏蒸后土壤樣品G3較清水對照土壤樣品G2分別增加 3.70% 、 3.48% ，棉隆熏蒸后土壤樣品G4較清水對照土壤樣品G2分別增加 6.69% 、 0.72% ；同時(shí)顯著降低鏈格孢屬、鐮刀菌屬和被孢霉屬的豐度，棉隆熏蒸后土壤樣品G3較清水對照土壤樣品G2分別降低了

8.84% 、 7.26% 、 7.40% ；棉隆熏蒸后土壤樣品G4較清水對照土壤樣品G2分別降低了 4.46% 、6.53% 、 6.54% 。

3討論與結(jié)論

使用不同濃度的棉隆熏蒸處理對土壤微生物真菌和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)均有影響，即棉隆熏蒸對細(xì)菌、真菌均有抑制效果，這與其廣譜性殺菌的特點(diǎn)一致。從本研究可以看出，棉隆熏蒸處理對真菌的相對豐度和多樣性影響顯著高于細(xì)菌，可強(qiáng)烈影響細(xì)菌的相對豐度。這說明棉隆熏蒸對土壤微生物的毒力有差異，真菌對棉隆表現(xiàn)得更敏感，細(xì)菌的敏感性較真菌小。Eo等[9]研究表明，土壤細(xì)菌對棉隆的敏感性最低，其次為真菌，線蟲的敏感性最高，某些耐藥微生物在熏蒸處理后還可以重新定殖，改變微生物真菌的群落多樣性和群落結(jié)構(gòu)，這與我們的研究基本一致。

對比熏蒸處理前后真菌和細(xì)菌的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，毛殼菌屬(Chaetomium)和Tetracladium豐度在棉隆熏蒸處理后顯著增強(qiáng)。Nicola等［20]研究表明，毛殼菌屬普遍存在于土壤中，它與蘋果枝條的生長成正相關(guān)性，具有生防和促進(jìn)植物生長的潛力，該屬的許多菌株已廣泛用于生防制劑和生物肥料中，且該屬與被孢霉屬呈負(fù)相關(guān)。葉麗丹等［21]研究表明，球毛殼菌是一種重要的生防真菌，拮抗性能優(yōu)越，對多種病原菌都有抑制作用。Tetra-cladium屬子囊菌門，Lazar等[22]認(rèn)為該屬真菌可對寄主產(chǎn)生有益影響。鐮刀菌屬、鏈格孢屬被棉隆熏蒸后豐度顯著降低，鐮刀菌屬、鏈格孢屬是一種寄主非常廣泛的植物病原菌，可引起草莓根腐病、草莓枯萎病、辣椒根腐病、瓜菜枯萎病等多種高附加值作物土傳病害的發(fā)生「23-25]。被孢霉屬為土壤腐生真菌，它與土壤健康水平呈正相關(guān)，可促進(jìn)植物生長，抑制病原菌效果明顯，提高植物抗性水平「26]。因此，棉隆熏蒸處理可以有效降低由鐮刀菌屬、鏈格孢屬真菌引起的土傳病害，也較大地影響了土壤中如被毛孢屬等對土壤微環(huán)境調(diào)節(jié)較為重要的“土著\"真菌，同時(shí)也可增加一部分如毛殼菌屬和Tetracladium的有益微生物來提高土壤微生物抗性。有研究表明，棉隆熏蒸雖然可在短時(shí)間內(nèi)快速抑制土壤中的致病性微生物，但持效性短[27]；張超等［28]研究也說明棉隆可抑制辣椒疫病菌，但隨時(shí)間的延長，土壤微生物多樣性可恢復(fù)到對照水平；楊馥霞等「29]認(rèn)為熏蒸會對土壤中非目標(biāo)微生物有一定影響，應(yīng)該在熏蒸處理后及時(shí)施用微生物菌肥補(bǔ)充有益微生物；金偉興等［30]研究認(rèn)為土壤熏蒸和微生物菌劑一起使用才可顯著緩解甜瓜連作障礙。本研究中，棉隆熏蒸處理對土壤部分有益微生物影響既可正向也可負(fù)向，是否可以通過熏蒸后適時(shí)添加微生物有機(jī)肥來改變土壤微環(huán)境和消毒的持久性，從而提高持效性和防治效果還需進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)明確了棉隆熏蒸可減少土壤中的微生物群落多樣性和豐富度，顯著改變土壤環(huán)境，主要表現(xiàn)在熏蒸處理顯著降低了土壤中微生物真菌的豐度和微生物細(xì)菌的多樣性，改變了土壤中微生物群落的結(jié)構(gòu)，且對真菌群落的影響顯著高于細(xì)菌。此外，熏蒸處理增加了毛殼菌屬（Chaetomi-um）、Tetracladium等有益真菌的豐度，降低了鏈格孢屬(Alternaria）、鐮刀菌屬(Fusarium)等常見致病真菌的豐度，對部分有益土壤真菌亦存在一定負(fù)面影響。毛殼菌屬最高可增加 6.69% ，鏈格孢屬最高可降低 8.84% 。這說明熏蒸處理對致病真菌的抑制效果明顯，可通過增加一部分有益微生物真菌的豐度和多樣性來提高土壤微生物抗性，但同時(shí)也會對一些“土著\"有益真菌產(chǎn)生負(fù)面影響。本研究為棉隆熏蒸處理土壤防治十字花科蔬菜土傳病害的發(fā)生提供理論依據(jù)，為進(jìn)一步探討如何提高熏蒸處理效果持久性和防效提供研究基礎(chǔ)，但如何合理高效地的使用棉隆，減小對土壤“土著”微生物的影響還待進(jìn)一步研究。

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