抑病型土壤的微生物区系特征及调控

土壤是农业生产中的重要资源,降低农用化学品的投入、提高土壤质量、保持土壤健康是实现农业可持续发展的关键因素。现代农业以集约化生产为特征,高效农业给农民带来了显著的经济效益,但也给土壤增加了巨大负担,以土传病害为主的土壤连作障碍危害严重。因此,国际学术界提出了"抑病型土壤(disease suppressive soil)"这个名词,以防控土传病害发生为主要目的,其潜在的利用价值还未得到充分开发。根际土壤微生物区系与植物根系的生长和代谢密切相关,对植物营养元素的供给和植物健康的维持发挥着重要作用。国内外对抑病型土壤根际微生物区系特征的研究已有较多报道,而对根际土壤微生物区系与土壤抑病性之间的关系以及如何通过调控根际微生物区系来诱导抑病型土壤的形成等方面的研究,正在成为土壤微生物和植物病理交叉研究领域的热门课题。本文综述了抑病型土壤微生物区系的特征及抑病型土壤微生物区系的调控措施等方面的研究进展。

与尖孢镰刀菌枯萎病相关的抑病型土壤研究进展

由尖孢镰刀菌引起的枯萎病是制约作物生产的世界性重要土传维管束病害,危害的作物种类多,损失严重,生产中尚无经济有效的防治方法。抑病型土壤是指对土传作物病害有抑制作用的一类土壤,具有有益微生物种群结构稳定、对土传病害防效持久等特点,因此国内外专家进行了许多卓有成效的研究。本文对尖孢镰刀菌枯萎病相关抑病型土壤的形成因素、作用机制等方面的研究进展进行综述,并对今后尖孢镰刀菌枯萎病抑病型土壤研究的重点方向及应用前景进行了分析和展望,以其为下一步深入研究尖孢镰刀菌枯萎病抑病型土壤的微生物种群结构、有益微生物种类构成、抑病型土壤的构建方法及复合微生物菌肥研制提供新的参考。

基于Web of Science的抑病型土壤文献计量分析

抑病型土壤是植物-土壤-微生物三者相互作用最终形成的可抑制作物土传病害发生的一种特殊状态的土壤,是分离、筛选可防治作物土传病害发生的高效生物防治菌株以及揭示土壤微生物抑制土传病害发生作用机理的最佳研究材料。因此,有关抑病型土壤的研究经久不衰。本研究利用知识图谱分析、引文图谱分析及可视化分析等软件对Web of Science核心合集数据库中抑病型土壤相关研究领域的论文发表数量、期刊、所属学科、作者、作者所在国家和机构、主要研究内容、发展方向等进行文献计量分析。结果表明,近年来,抑病型土壤的相关研究越来越受关注,土壤学科在此领域的发文数量仅次于植物学科。中国、美国、荷兰、德国在抑病型土壤研究方面发表论文数量较多,并且国家之间合作密切。美国农业部农业研究局、瓦格宁根大学、法国科学研究中心、南京农业大学、中国科学院等是论文发表数量较多的研究机构。在抑病型土壤领域研究论文的发表期刊中,《Phytopathology》是本地引用次数最多的,《Soil Biology and Biochemistry》是5年(2016-2020年)影响因子最高的。抑病型土壤领域发表论文较多的学者有Weller D M、沈其荣和Thomashow L S等。生物防治仍是抑病型土壤研究领域一个重要方向。抑病型土壤领域的未来研究趋势可能将集中于根际微生物组的特征解析、调控技术、机制等方面。综上所述,抑病型土壤领域过去的研究多聚焦于解析土壤微生物群落组成特征,分离、筛选关键抑病微生物,以及阐明关键抑病微生物的生防作用机制。根-土-微生物之间的互作机制、多营养级微食物网相互作用关系与调控策略、抑病型土壤功能维持等可能是抑病型土壤领域未来的研究焦点。

烟草青枯病抑病型土壤中有益微生物的组成分析

为挖掘烟草青枯病抑病型土壤有益微生物资源,通过大田试验分析了不同海拔高度抑病型和导病型土壤的微生物群落结构以及青枯菌、拮抗菌等的相对丰度。结果表明,与导病型土壤相比,烟草青枯病抑病型土壤中有益细菌门放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝藻门(Cyanobacteria)和有益真菌门接合菌门(Zygomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)的相对丰度较高。在属水平上,抑病型土壤中一些有益微生物中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)等及拮抗微生物假单胞菌(Pseudomonas)、黄杆菌(Flavobacterium)、根瘤菌(Rhizobium)等细菌属和曲霉菌(Aspergillus)、木霉菌(Trichoderma)、漆斑菌(Myrothecium)等真菌属的相对丰度显著高于导病型土壤,其相对丰度与青枯病的发病率均存在显著负相关;而致病微生物劳尔氏菌属(Ralstonia)的相对丰度显著低于导病型土壤。因此,烟草青枯病抑病型土壤中含有丰富的拮抗微生物。

健康与罹患青枯病的番茄土壤细菌群落特征比较

应用实时荧光定量PCR及MiSeq高通量测序技术,全面地研究了连作番茄田块中健康与感染青枯病植株周围土体及根际土壤细菌群落结构和组成。结果表明:健康番茄土体土壤的pH及全碳含量显著高于感病番茄土体土壤;土体及根际土壤的细菌群落结构和组成明显不同于感病番茄土体及根际土壤细菌群落。与感病番茄根际相比,健康番茄根际细菌的数量显著升高而青枯菌数量显著降低;细菌群落的Shannon多样性指数显著增高;拟杆菌门及其所含的噬几丁质菌属、金杆菌属、动杆菌属、黄杆菌属及Taibaiella的相对丰度显著增高而变形菌门及其所含的青枯菌属的相对丰度显著降低。综上,抑制土传青枯病发生的番茄根际土壤细菌群落特征明显,其生物量及多样性高,土著有益菌群数量多而病原菌数量少,为番茄土传青枯病的生物防控提供了指导方向与理论依据。

基于土壤团粒结构的土壤质量评价

通过比较不同质量类型土壤的团粒结构,可为基于团粒结构初步鉴别土壤质量提供一种参考。本研究比较了海南连作蕉园抑病型和导病型土壤的团粒结构差异。结果表明:无论是砖红壤还是沙壤,抑病型土壤>2.000 mm和>0.250~2.000 mm粒级团聚体含量均比导病型土壤高,其中>2.000 mm粒级团聚体含量差异更加显著;在0~<0.25 mm和0.25~2.00 mm粒级之间,抑病型土壤比导病型土壤含有更多大颗粒;二者在0~<0.25 mm之间粒度分布差异更加明显。由此表明,含有更多水稳定性大团聚体的土壤质量可能更好。

蕉园土壤及香蕉植株不同组织可培养细菌的群落特征

[目的]本研究旨在比较抑病型与导病型蕉园土体、香蕉根际及不同组织内生可培养细菌群落的组成及功能差异。[方法]在R2A培养基上分离、筛选,结合16S rDNA测序分析可培养细菌的组成及拮抗尖孢镰刀菌能力。[结果]分离细菌766株,经鉴定分别属于放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门及变形菌门;蕉园土壤、香蕉根际土壤及不同组织间细菌组成有明显差异,假单胞菌属在抑病型蕉园样品中的平均相对丰度高于导病型蕉园样品,是抑病型蕉园处理区别于导病型蕉园处理最为重要的生防菌。进一步从抑病型蕉园筛选到假单胞菌362株,其数量和多样性均高于导病型蕉园;但导病型蕉园样品中筛选的假单胞菌中具有拮抗尖孢镰刀菌能力的菌株比例高于抑病型蕉园样品。[结论]蕉园土壤及香蕉不同植株组织是决定可培养微生物群落结构的第一影响因素,土壤抑病能力对其影响不显著。抑病型及导病型蕉园土壤和香蕉不同组织内生菌群落组成有明显差异,尤其是具有生防潜能的假单胞菌属的组成及功能差异明显。