2017-08-11
最近，派森諾生物與中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所聯手，在《Applied Soil Ecology》（最新影響因子2.786）發表論文，以35年長期定位施肥的東北黑土土壤作為研究對象，探究不同施肥處理下，土壤理化性質和真菌群落結構的差異以及兩者之間的聯系。
研究背景
黑土是地球上較為珍貴的土壤資源，具有質地疏松、肥力高、供肥能力強等特點，是極其適合植物生長的不可再生資源。中國東北黑土帶是世界著名的三大黑土帶之一，土壤有機質含量高、養分豐富，是重要的商品糧基地，對國家糧食供應和食品安全起著舉足輕重的作用，但長期過量不合理的施肥和耕作，導致了黑土農田質量日益退化。土壤微生物作為農田生態系統的重要組成部分，能夠對長期肥料累積作用產生敏感而快速的響應，是評價土壤質量、土壤肥力和作物生產力的重要指標。因此，開展對黑土中微生物群落組成結構和豐度的研究，能為進一步揭示土壤微生物與生態環境間的響應機制，以及改進施肥和耕作制度提供依據。
研究目的
闡明東北黑土真菌群落特征，并解析長達35年輪作與施肥條件對土壤真菌豐度和群落結構的影響，探討東北黑土真菌菌群變化與不同施肥處理間的相互關系，為進一步改良耕作制度與施肥方式提供依據。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組真菌ITS1區測序
實驗對象：35年長期定位施肥的哈爾濱黑土農田土壤（該農田自從1980年開始進行小麥—玉米—大豆輪作）
實驗設計：無機肥采用氮磷鉀肥，有機肥采用馬廄肥，以下處理各3個生物學重復。
研究結果
1. 經過不同施肥處理的黑土的理化性質及大豆產量
實驗結果表明，對于土壤各養分濃度及大豆產量，施肥組（M、NPK、MNPK）比不施肥組（CK）高，有機肥組（M、MNPK）又比無機肥組（NPK）要高；對于土壤PH值，無機肥的施用會降低土壤PH值，而有機肥的施用則會提高土壤PH值。
2. 不同處理間真菌群落豐度及其多樣性分析
qPCR結果顯示，NPK組每克土壤真菌ITS1區域基因拷貝數略高于MNPK組。皮爾森相關性分析結果表明，土壤真菌ITS1區域基因拷貝數與土壤有機質（OM）的濃度具有顯著相關性。
對真菌ITS1區進行高通量測序，12個樣品共得到553141條有效序列，OTU劃分結果顯示，MNPK組的OTU數顯著大于NPK組。Shannon曲線結果表明，M、MNPK組的真菌菌群多樣性高于NPK和CK組。而皮爾森相關性分析結果同時表明，土壤真菌菌群多樣性主要由土壤中AP、TP、TN含量及土壤PH決定。
PCoA主坐標分析結果顯示，在PC1-PC2主坐標圖中，NPK組與MNPK組距離較近，而與其他兩組距離相對較遠，此結果表明，無機肥的施用使得黑土中真菌菌群組成結構與CK組有所差異；而在PC1-PC3主坐標圖中，NPK組與其他三組距離較遠，這表明有機肥的加入使得黑土中真菌菌群組成結構趨于正常，在一定程度上彌補了由無機肥的施用引起的真菌菌群組成結構的變化。
3. 不同處理組真菌群落結構
對不同處理組的高通量測序數據進行分析，分析結果顯示，在門水平，Ascomycota、Zygomycota和Basidiomycota在各處理組中占比較高，其中占比最高的Ascomycota在MNPK中含量最高，在NPK中含量最低，而Zygomycota在NPK中含量比其他組都要高；在綱水平，Sordariomycetes、Dothideomycetes和Tremellomycetes在各處理組中占比較高，其中占比最高的Sordariomycetes在MNPK中含量最高，在NPK中含量最低，而Dothideomycetes在NPK中含量比MNPK高。
屬水平分析結果顯示，M、MNPK、CK組的優勢屬為Mortierella、Fusarium和Schizothecium，而NPK的優勢屬為Mortierella、Fusarium和Gibberella。Fusarium、Gibberella、Leptosphaerulina等病原菌在NPK組中的含量顯著高于M、MNPK、CK組；而抗病菌Podospora的含量在MNPK中則遠高于NPK。由此可知，有機肥的施用對土壤土傳病害的抑制和預防具有積極作用。
4. 不同處理組土壤真菌菌群組成與土壤理化性質之間的關聯性分析
在上述分析結果的基礎上，還需要更進一步，考察真菌菌群和土壤理化性質的相關性。典型的菌群——環境因素關聯分析方法，就是RDA冗余分析了。結果顯示，土壤各理化性質中，AP（可用磷，Available phosphorus）、OM（有機物，Organic matter）及土壤PH值能夠對土壤真菌群落結構產生巨大影響。
總結
本文通過對中國東北地區黑土地進行不同施肥處理，發現無機肥可以降低土壤真菌菌群多樣性，而有機肥反之，無機肥和有機肥配施可小幅提升真菌菌群多樣性；無機肥會導致土壤中病原菌豐度增加，而有機肥的加入則會使病原菌豐度降低；不同施肥處理條件下，土壤中真菌群落結構的變化是通過改變土壤理化性質實現的。
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：Ding J, Jiang X, Guan D, et al. Influence of inorganic fertilizer and organic manure application on fungal communities in a long-term field experiment of Chinese Mollisols[J]. Applied Soil Ecology, 2017, 111: 114-122.
點擊鏈接，查看原文：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139316302864
