退化土壤中微生物類群和功能基因的研究

研究背景

       土壤退化是一個(gè)及其嚴(yán)重的全球問題，長(zhǎng)期連作和濫用化肥會(huì)造成土質(zhì)變差。全球范圍內(nèi)，每年約有40%的農(nóng)業(yè)土壤發(fā)生嚴(yán)重退化，24%的土壤仍在持續(xù)惡化。在中國(guó)，農(nóng)業(yè)化肥的濫用導(dǎo)致土壤退化，造成土壤養(yǎng)分失衡、土壤酸化、污染物積累和生物多樣性下降等現(xiàn)象。但是關(guān)于土壤微生物群落對(duì)土壤退化及生態(tài)系統(tǒng)功能的反饋機(jī)制仍知之甚少。本文通過基因芯片與16S/18S rDNA多樣性測(cè)序結(jié)合的方法研究退化土壤中微生物類群和功能基因的轉(zhuǎn)變。
 

研究思路

樣本的選取
 

5個(gè)正常土壤：煙草生長(zhǎng)情況良好，沒有病原菌感染的土壤。

5個(gè)退化土壤：發(fā)生酸化、煙草生長(zhǎng)情況不好的被R. solanacearum感染的退化土壤。

選取的土壤深度為0-20cm，分別取自20個(gè)樣點(diǎn)混合后分成2份，1份用于DNA抽提，1份用于物化指標(biāo)的測(cè)定。

煙草生長(zhǎng)120d后，測(cè)定株高、莖粗、R. solanacearum感染率及發(fā)病程度。
 

研究結(jié)果

1、土壤的物化指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，退化土壤中的磷含量、pH、尿素酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性顯著降低（P<0.05），詳見表1。
 

       該研究中16S /18S rDNA多樣性測(cè)序服務(wù)由伯豪生物提供

2、R. solanacearum感染率和植物生長(zhǎng)情況表明，生長(zhǎng)于退化土壤的煙草有85.48%發(fā)生了感染現(xiàn)象，但生長(zhǎng)于正常土壤的煙草則沒有被感染，并且煙草生長(zhǎng)良好。

3、通過16S /18S rDNA多樣性測(cè)序發(fā)現(xiàn)退化土壤的微生物群落組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，與正常土壤相比，有益微生物減少，致病性微生物增加。

4、基因芯片（GeoChip 5.0）分析表明，退化土壤中涉及到毒力、應(yīng)激反應(yīng)、硫循環(huán)、植物細(xì)胞壁降解的潛在功能基因比正常土壤顯著增多，可能與土壤酸化、植物病害有關(guān)。

5、通過CCA分析發(fā)現(xiàn)，正常土壤和退化土壤的微生物結(jié)構(gòu)有差異。不同的理化因子對(duì)微生物的組成影響不同，AK、OM、pH和尿素酶活性起主要因素。

研究結(jié)論

本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)退化土壤微生物群落組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時(shí)土壤pH值和酶活性發(fā)生降低。此外，為了應(yīng)對(duì)土壤酸化及其他不利環(huán)境因素，退化土壤的應(yīng)激反應(yīng)、毒力、硫代謝相關(guān)基因顯著增多，不利于有益微生物的生存。這些結(jié)果為我們更好地了解土壤微生物群落對(duì)土壤退化及生態(tài)系統(tǒng)功能的反饋機(jī)制提供了新的方向。 


參考文獻(xiàn)   Zhang H, Wang R, Chen S, et al. Microbial taxa and functional genes shift in degraded soil with bacterial wilt. Scientific Reports, 2017, 7.