2017-11-23
近期，派森诺生物分别与南京农业大学、石河子大学、中国科学院合作，在土壤学领域期刊《Soil Biology & Biochemistry》（影响因子4.857）发表四篇论文，揭示了不同类型、不同处理下的土壤中微生物群落的组成变化和功能差异，以及这些变化或者差异与土壤性质、土壤硝化作用、农作物病害发生之间的联系。
论文一
研究背景
酸性硫酸盐土（简称ASS），是一种含有金属硫化物的土壤，其母质是以黄铁矿为主要组成成分的还原性硫化物，多分布于热带、亚热带沿海三角洲平原及低纬度海岸带。随着人类生产活动愈加频繁、全球气候变暖，ASS越来越多地被暴露于空气之中，致使土壤中的硫化物与大气、水接触发生氧化反应而生成硫酸，从而导致土壤PH降低，对农业生产造成严重影响。因此，研究ASS在与空气接触后土壤中的微生物组成及土壤功能基因变化对改善土壤土质具有重要意义。
研究目的
本文主要为了研究在有氧环境下，酸性硫酸盐土壤中的金属硫化物被氧化对土壤性质、土壤微生物群落组成及功能基因的影响。
研究方法
测序技术：Illumina HiSeq2000高通量测序平台
测序模式：宏基因组De novo测序
实验对象：中国广东省台山市水稻种植区的酸性硫酸盐土
实验设计：分别取水稻种植区0-15㎝处的表层土壤（TB）和80-100㎝处的母质层土壤（SB），以及相邻废弃农田的表层土壤（TN）；对TB和SB分别进行供气培养，分别命名为TA和SA。
样本名 | 样本描述 |
TB | 水稻种植区0-15㎝处的表层土壤 |
TA | 供气培养后水稻种植区0-15㎝处的表层土壤 |
SB | 水稻种植区80-100㎝处的母质层土壤 |
SA | 供气培养后水稻种植区80-100㎝处的母质层土壤 |
TN | 相邻废弃农田的表层土壤 |
研究结果
土壤理化性质测定结果表明，无论是表层土还是母质土，经过供气培养后的土壤PH值显著降低，而可溶性硫酸盐显著增加。
高通量测序结果表明，在土壤菌群组成上，供气培养前后Euryarchaeota、Firmicutes、Actinobacteria、Archaea和Proteobacteria发生了显著变化。供气培养后，Actinobacteria在所有样品中的丰度值显著增加，Archaea在母质层土壤中的丰度值显著降低。在功能基因组组成上，表层土壤中硫循环相关基因含量显著低于母质层土壤；供气培养后，dsrC、dsrE、soxX和soxB1的基因含量显著高于培养前，cysU、cysP等还原相关基因在母质层土壤中的含量显著低于培养前。
对高通量测序数据进行组装拼接，并对拼接好的基因组序列进行物种和功能基因注释，结果发现，注释得到的菌群（主要有8种）参与了硫循环、碳循环、PH值降低操控、碳固定等代谢通路的调控，且随着外界环境的变化可做出适应性的改变。
总结
本文以供气培养前后的酸性硫酸盐土为研究对象，结果发现，由硫化物氧化引起的酸性硫酸盐土的土壤性质变化对微生物菌群及功能基因组成产生了重大影响，同时菌群又可通过调节自身代谢通路对环境做出适应性的变化。
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.
原文链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716306605
论文二
研究背景
香蕉枯萎病又称巴拿马病，是由尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. Cubense侵染引起的一种土传维管束病害，发病率一般为10%-40%，严重时超过90%。目前香蕉枯萎病防治方法包括选育抗病品种、化学防治、生物防治以及采取适当农业措施等。其中，生物防治是目前公认比较安全和有效的防治措施，并且符合环境保护和有机食品要求。但是，由于土壤环境较为复杂，在不添加有机物料的条件下，直接施用生防菌剂，会使其防治效果大打折扣。许多研究已报道，由生防菌剂结合有机物料发酵而制成的生物有机肥能够增加功能微生物的活力，施用该类功能型肥料不仅能有效抑制土壤病原菌，还能促进植物生长。
研究目的
本文通过对生物有机肥处理下的土壤中的细菌和真菌的菌群结构分别进行研究，探究生物有机肥对香蕉枯萎病的抑制作用与土壤中菌群组成之间的相互联系。
研究方法
测序技术：454 GS-FLX高通量测序平台
测序模式：细菌16S rRNA基因V4V5区和真菌ITS全长测序
实验对象：海南临高患有香蕉枯萎病的香蕉树
实验设计：分别对患有香蕉枯萎病的香蕉树施用生物肥和有机肥1年、2年、3年，其中，有机肥为猪粪堆肥，生物有机肥为加了生防菌Bacillus amyloliquefaciens NJN-6的猪粪堆肥。取健康香蕉树的根际土壤，每组样本三个生物学重复。
组名 | 处理方法 | 生物学重复 |
BIO1H | 施用生物有机肥1年 | 3 |
BIO2H | 施用生有机物肥2年 | 3 |
BIO3H | 施用生物有机肥3年 | 3 |
CK1H | 施用有机肥1年 | 3 |
CK2H | 施用有机肥2年 | 3 |
CK3H | 施用有机肥3年 | 3 |
研究结果
高通量测序结果显示，在细菌菌群组成上，BIO组中Sphingobium、Gp6、Gp4、Lysobacter、Sphingopyxis和Dyadobacter的丰度值显著高于CK组，Gp1、Ralstonia、Burkholderia和Mucilaginibacter在BIO组中含量则较低；在真菌菌群组成上，只有Cryptococcus在BIO中显著高于CK，而Fusarium在BIO中始终被抑制。
Pearson相关系数研究结果表明，香蕉枯萎病的发病率与细菌和真菌的菌群组成均具有显著相关性。其中，与Sphingobium、Dyadobacter、Cryptococcus呈负相关；与Ralstonia、Burkholderia、Fusarium呈正相关。
总结
本研究揭示了生物有机肥之所以能够抑制香蕉枯萎病的发生，是因为BIO中细菌菌群丰度、多样性的持续增加和真菌菌群（Fusarium）的减少；以及生防菌Bacillus amyloliquefaciens NJN-6在BIO中的稳定性。
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.
原文链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716303571
论文三
研究目的
本文通过研究不同施肥处理下土壤中的细菌和真菌的菌群丰度及群落结构变化，探究生物有机肥对枯萎病的抗病机制。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：细菌16S rRNA基因V4区和真菌ITS1测序
实验对象：之前连续20年种植香子兰、现因感染严重的枯萎病而被荒废的农田土壤
实验设计：种植香子兰盆栽过程中，按照下表所示施肥方式进行施肥处理。待香子兰成熟后，移除植物，取土壤样本，每组样本四个生物学重复。
组名 | 处理方法 | 生物学重复 |
OF | 氨基酸肥和鸡粪1:1混合 | 4 |
B_BIO | 向OF中接种Bacillus amyloliquefaciens W19 | 4 |
F_BIO | 向OF中接种Trichoderma guizhouense NJAU 4742 | 4 |
CF | 无机肥 | 4 |
研究结果
结果表明，接种了生防菌的生物有机肥组（B_BIO和F_BIO）的累计发病率显著低于OF和CF组；OF和CF间无显著差异。
高通量测序结果显示，在细菌菌群组成上，BIO与OF和CF组的菌群结构具有显著差异；在真菌菌群组成上，OF和BIO组具有相似的菌群结构。在物种丰度上，属于酸杆菌门的Gp6、Gp3、Gp4、Gp17和Gp1的相对丰度在OF和BIO中显著大于CF组；OF和BIO中Lysobacter的相对丰度是CF的2.7-6.0倍；Chaetomium在OF中的相对丰度高，而Fusarium在BIO中的丰度低。ANOVA分析结果显示，Bacillus在B_BIO中的丰度显著高于F_BIO和OF，却与CF相当；Trichoderma在四组样品中未表现出显著差异。
F. oxysporum的丰度值与多项微生物指标间的线性回归分析结果显示，F. oxysporum的丰度值与细菌丰度、细菌菌群结构、Trichoderma丰度之间呈显著负相关。Spearman关联分析结果表明，F. Oxysporum与B_BIO中丰度高的Bacillus没有显著相关性。由此可见，生物有机肥对枯萎病的抑制作用主要归功于土壤中的细菌菌群的物种丰度和群落结构。
总结
本文通过对不同施肥处理下的土壤细菌和真菌菌群多样性组成进行研究发现，生物有机肥对枯萎病具有抑制作用，不仅仅是由于拮抗菌的存在，还与土壤中细菌菌群丰度和群落结构有着重大关系，深入揭示了生物有机肥的抗病机制。
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.
原文链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716306538
论文四
研究背景
土壤硝化作用是铵态氮通过生物氧化过程转化为硝态氮和亚硝态氮的过程，是氮素循环的重要环节，也是生态系统中氮素损失的潜在途径之一。因此，研究不同施肥处理下土壤硝化特性及其中的氨氧化菌的群落结构，对采取针对性的措施提高氮肥利用率和减少环境污染具有重要的意义。
研究目的
本文主要为了探究连续四年施用无机肥和有机肥对石灰质土壤中氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）菌群结构的影响及其与土壤硝化作用的联系。
研究方法
测序技术：454 GS-FLX高通量测序平台
测序模式：氨氧化细菌AOB和氨氧化古菌AOA
实验对象：经过四年不同施肥处理的石灰质土壤
实验设计：按下表所示方法对棉花种植地进行连续四年施肥处理。
组名 | 处理方法 | 生物学重复 |
T1 | 不做任何施肥处理（CK） | 3 |
T2 | 施用氮磷钾无机肥（MF） | 3 |
T3 | 80%氮磷钾无机肥+牛厩肥（80%MF+CM） | 3 |
T4 | 60%氮磷钾无机肥+牛厩肥（60%MF+CM） | 3 |
T5 | 80%氮磷钾无机肥+生物肥（80%MF+BM） | 3 |
T6 | 60%氮磷钾无机肥+生物肥（60%MF+BM） | 3 |
研究结果
土壤理化性质测定结果表明，有机肥的施用使土壤总N、总P、NO3-、NH4+、有效K的含量显著提高，尤其是生物肥的施用。荧光定量结果显示，AOB的基因拷贝数在不同施肥处理下表现出显著差异，而AOA则无差异。有机肥的施用使石灰质土壤中的AOB基因拷贝数显著增加。
稀疏曲线和PCA分析结果均可表明，AOA的丰度及群落结构几乎不受施肥处理的影响，而不同施肥处理对AOB的菌群结构具有显著影响。土壤硝化速率测定结果显示，无机肥和有机肥的施用显著提高了土壤硝化速率；AOB的基因拷贝数与土壤硝化速率具有显著相关性，AOA则无显著相关性。RDA分析结果进一步表明，AOB与土壤生理生化特性（尤其是pH、NO3-、NH4+和SOC）联系更为紧密。由此可见，AOB在石灰质土壤的硝化作用中占据主导地位。
总结
本文通过对不同施肥处理下的石灰质土壤的生理生化特性和AOA、AOB的菌群组成进行研究，结果发现：有机肥，尤其是生物肥，可促进土壤硝化作用；相较于AOA，AOB对于不同的施肥处理更为敏感；在土壤硝化作用过程中，AOB比AOA更具有主导优势。
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.
原文链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071716308045
