2017-11-23
近期，派森諾生物分別與南京農業大學、石河子大學、中國科學院合作，在土壤學領域期刊《Soil Biology & Biochemistry》（影響因子4.857）發表四篇論文，揭示了不同類型、不同處理下的土壤中微生物群落的組成變化和功能差異，以及這些變化或者差異與土壤性質、土壤硝化作用、農作物病害發生之間的聯系。
論文一
研究背景
酸性硫酸鹽土（簡稱ASS），是一種含有金屬硫化物的土壤，其母質是以黃鐵礦為主要組成成分的還原性硫化物，多分布于熱帶、亞熱帶沿海三角洲平原及低緯度海岸帶。隨著人類生產活動愈加頻繁、全球氣候變暖，ASS越來越多地被暴露于空氣之中，致使土壤中的硫化物與大氣、水接觸發生氧化反應而生成硫酸，從而導致土壤PH降低，對農業生產造成嚴重影響。因此，研究ASS在與空氣接觸后土壤中的微生物組成及土壤功能基因變化對改善土壤土質具有重要意義。
研究目的
本文主要為了研究在有氧環境下，酸性硫酸鹽土壤中的金屬硫化物被氧化對土壤性質、土壤微生物群落組成及功能基因的影響。
研究方法
測序技術：Illumina HiSeq2000高通量測序平臺
測序模式：宏基因組De novo測序
實驗對象：中國廣東省臺山市水稻種植區的酸性硫酸鹽土
實驗設計：分別取水稻種植區0-15㎝處的表層土壤（TB）和80-100㎝處的母質層土壤（SB），以及相鄰廢棄農田的表層土壤（TN）；對TB和SB分別進行供氣培養，分別命名為TA和SA。
樣本名 | 樣本描述 |
TB | 水稻種植區0-15㎝處的表層土壤 |
TA | 供氣培養后水稻種植區0-15㎝處的表層土壤 |
SB | 水稻種植區80-100㎝處的母質層土壤 |
SA | 供氣培養后水稻種植區80-100㎝處的母質層土壤 |
TN | 相鄰廢棄農田的表層土壤 |
研究結果
土壤理化性質測定結果表明，無論是表層土還是母質土，經過供氣培養后的土壤PH值顯著降低，而可溶性硫酸鹽顯著增加。
高通量測序結果表明，在土壤菌群組成上，供氣培養前后Euryarchaeota、Firmicutes、Actinobacteria、Archaea和Proteobacteria發生了顯著變化。供氣培養后，Actinobacteria在所有樣品中的豐度值顯著增加，Archaea在母質層土壤中的豐度值顯著降低。在功能基因組組成上，表層土壤中硫循環相關基因含量顯著低于母質層土壤；供氣培養后，dsrC、dsrE、soxX和soxB1的基因含量顯著高于培養前，cysU、cysP等還原相關基因在母質層土壤中的含量顯著低于培養前。
對高通量測序數據進行組裝拼接，并對拼接好的基因組序列進行物種和功能基因注釋，結果發現，注釋得到的菌群（主要有8種）參與了硫循環、碳循環、PH值降低操控、碳固定等代謝通路的調控，且隨著外界環境的變化可做出適應性的改變。
總結
本文以供氣培養前后的酸性硫酸鹽土為研究對象，結果發現，由硫化物氧化引起的酸性硫酸鹽土的土壤性質變化對微生物菌群及功能基因組成產生了重大影響，同時菌群又可通過調節自身代謝通路對環境做出適應性的變化。
文章索引：
Su, Jian-Qiang, et al. "Metagenomic assembly unravel microbial response to redox fluctuation in acid sulfate soil." Soil Biology and Biochemistry 105 (2017): 244-252.
原文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716306605
論文二
研究背景
香蕉枯萎病又稱巴拿馬病，是由尖孢鐮刀菌古巴專化型Fusarium oxysporum f. sp. Cubense侵染引起的一種土傳維管束病害，發病率一般為10%-40%，嚴重時超過90%。目前香蕉枯萎病防治方法包括選育抗病品種、化學防治、生物防治以及采取適當農業措施等。其中，生物防治是目前公認比較安全和有效的防治措施，并且符合環境保護和有機食品要求。但是，由于土壤環境較為復雜，在不添加有機物料的條件下，直接施用生防菌劑，會使其防治效果大打折扣。許多研究已報道，由生防菌劑結合有機物料發酵而制成的生物有機肥能夠增加功能微生物的活力，施用該類功能型肥料不僅能有效抑制土壤病原菌，還能促進植物生長。
研究目的
本文通過對生物有機肥處理下的土壤中的細菌和真菌的菌群結構分別進行研究，探究生物有機肥對香蕉枯萎病的抑制作用與土壤中菌群組成之間的相互聯系。
研究方法
測序技術：454 GS-FLX高通量測序平臺
測序模式：細菌16S rRNA基因V4V5區和真菌ITS全長測序
實驗對象：海南臨高患有香蕉枯萎病的香蕉樹
實驗設計：分別對患有香蕉枯萎病的香蕉樹施用生物肥和有機肥1年、2年、3年，其中，有機肥為豬糞堆肥，生物有機肥為加了生防菌Bacillus amyloliquefaciens NJN-6的豬糞堆肥。取健康香蕉樹的根際土壤，每組樣本三個生物學重復。
組名 | 處理方法 | 生物學重復 |
BIO1H | 施用生物有機肥1年 | 3 |
BIO2H | 施用生有機物肥2年 | 3 |
BIO3H | 施用生物有機肥3年 | 3 |
CK1H | 施用有機肥1年 | 3 |
CK2H | 施用有機肥2年 | 3 |
CK3H | 施用有機肥3年 | 3 |
研究結果
高通量測序結果顯示，在細菌菌群組成上，BIO組中Sphingobium、Gp6、Gp4、Lysobacter、Sphingopyxis和Dyadobacter的豐度值顯著高于CK組，Gp1、Ralstonia、Burkholderia和Mucilaginibacter在BIO組中含量則較低；在真菌菌群組成上，只有Cryptococcus在BIO中顯著高于CK，而Fusarium在BIO中始終被抑制。
Pearson相關系數研究結果表明，香蕉枯萎病的發病率與細菌和真菌的菌群組成均具有顯著相關性。其中，與Sphingobium、Dyadobacter、Cryptococcus呈負相關；與Ralstonia、Burkholderia、Fusarium呈正相關。
總結
本研究揭示了生物有機肥之所以能夠抑制香蕉枯萎病的發生，是因為BIO中細菌菌群豐度、多樣性的持續增加和真菌菌群（Fusarium）的減少；以及生防菌Bacillus amyloliquefaciens NJN-6在BIO中的穩定性。
文章索引：
Fu, Lin, et al. "Inducing the rhizosphere microbiome by biofertilizer application to suppress banana Fusarium wilt disease." Soil Biology and Biochemistry 104 (2017): 39-48.
原文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716303571
論文三
研究目的
本文通過研究不同施肥處理下土壤中的細菌和真菌的菌群豐度及群落結構變化，探究生物有機肥對枯萎病的抗病機制。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：細菌16S rRNA基因V4區和真菌ITS1測序
實驗對象：之前連續20年種植香子蘭、現因感染嚴重的枯萎病而被荒廢的農田土壤
實驗設計：種植香子蘭盆栽過程中，按照下表所示施肥方式進行施肥處理。待香子蘭成熟后，移除植物，取土壤樣本，每組樣本四個生物學重復。
組名 | 處理方法 | 生物學重復 |
OF | 氨基酸肥和雞糞1:1混合 | 4 |
B_BIO | 向OF中接種Bacillus amyloliquefaciens W19 | 4 |
F_BIO | 向OF中接種Trichoderma guizhouense NJAU 4742 | 4 |
CF | 無機肥 | 4 |
研究結果
結果表明，接種了生防菌的生物有機肥組（B_BIO和F_BIO）的累計發病率顯著低于OF和CF組；OF和CF間無顯著差異。
高通量測序結果顯示，在細菌菌群組成上，BIO與OF和CF組的菌群結構具有顯著差異；在真菌菌群組成上，OF和BIO組具有相似的菌群結構。在物種豐度上，屬于酸桿菌門的Gp6、Gp3、Gp4、Gp17和Gp1的相對豐度在OF和BIO中顯著大于CF組；OF和BIO中Lysobacter的相對豐度是CF的2.7-6.0倍；Chaetomium在OF中的相對豐度高，而Fusarium在BIO中的豐度低。ANOVA分析結果顯示，Bacillus在B_BIO中的豐度顯著高于F_BIO和OF，卻與CF相當；Trichoderma在四組樣品中未表現出顯著差異。
F. oxysporum的豐度值與多項微生物指標間的線性回歸分析結果顯示，F. oxysporum的豐度值與細菌豐度、細菌菌群結構、Trichoderma豐度之間呈顯著負相關。Spearman關聯分析結果表明，F. Oxysporum與B_BIO中豐度高的Bacillus沒有顯著相關性。由此可見，生物有機肥對枯萎病的抑制作用主要歸功于土壤中的細菌菌群的物種豐度和群落結構。
總結
本文通過對不同施肥處理下的土壤細菌和真菌菌群多樣性組成進行研究發現，生物有機肥對枯萎病具有抑制作用，不僅僅是由于拮抗菌的存在，還與土壤中細菌菌群豐度和群落結構有著重大關系，深入揭示了生物有機肥的抗病機制。
文章索引：
Xiong, Wu, et al. "Bio-fertilizer application induces soil suppressiveness against Fusarium wilt disease by reshaping the soil microbiome." Soil Biology and Biochemistry 114 (2017): 238-247.
原文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716306538
論文四
研究背景
土壤硝化作用是銨態氮通過生物氧化過程轉化為硝態氮和亞硝態氮的過程，是氮素循環的重要環節，也是生態系統中氮素損失的潛在途徑之一。因此，研究不同施肥處理下土壤硝化特性及其中的氨氧化菌的群落結構，對采取針對性的措施提高氮肥利用率和減少環境污染具有重要的意義。
研究目的
本文主要為了探究連續四年施用無機肥和有機肥對石灰質土壤中氨氧化細菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）菌群結構的影響及其與土壤硝化作用的聯系。
研究方法
測序技術：454 GS-FLX高通量測序平臺
測序模式：氨氧化細菌AOB和氨氧化古菌AOA
實驗對象：經過四年不同施肥處理的石灰質土壤
實驗設計：按下表所示方法對棉花種植地進行連續四年施肥處理。
組名 | 處理方法 | 生物學重復 |
T1 | 不做任何施肥處理（CK） | 3 |
T2 | 施用氮磷鉀無機肥（MF） | 3 |
T3 | 80%氮磷鉀無機肥+牛廄肥（80%MF+CM） | 3 |
T4 | 60%氮磷鉀無機肥+牛廄肥（60%MF+CM） | 3 |
T5 | 80%氮磷鉀無機肥+生物肥（80%MF+BM） | 3 |
T6 | 60%氮磷鉀無機肥+生物肥（60%MF+BM） | 3 |
研究結果
土壤理化性質測定結果表明，有機肥的施用使土壤總N、總P、NO3-、NH4+、有效K的含量顯著提高，尤其是生物肥的施用。熒光定量結果顯示，AOB的基因拷貝數在不同施肥處理下表現出顯著差異，而AOA則無差異。有機肥的施用使石灰質土壤中的AOB基因拷貝數顯著增加。
稀疏曲線和PCA分析結果均可表明，AOA的豐度及群落結構幾乎不受施肥處理的影響，而不同施肥處理對AOB的菌群結構具有顯著影響。土壤硝化速率測定結果顯示，無機肥和有機肥的施用顯著提高了土壤硝化速率；AOB的基因拷貝數與土壤硝化速率具有顯著相關性，AOA則無顯著相關性。RDA分析結果進一步表明，AOB與土壤生理生化特性（尤其是pH、NO3-、NH4+和SOC）聯系更為緊密。由此可見，AOB在石灰質土壤的硝化作用中占據主導地位。
總結
本文通過對不同施肥處理下的石灰質土壤的生理生化特性和AOA、AOB的菌群組成進行研究，結果發現：有機肥，尤其是生物肥，可促進土壤硝化作用；相較于AOA，AOB對于不同的施肥處理更為敏感；在土壤硝化作用過程中，AOB比AOA更具有主導優勢。
文章索引：
Tao, Rui, et al. "Response of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in calcareous soil to mineral and organic fertilizer application and their relative contribution to nitrification." Soil Biology and Biochemistry114 (2017): 20-30.
原文鏈接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716308045
