抑制香蕉土傳枯萎病土壤的微生物區(qū)系特征及調(diào)控.pdf

1、我國是僅次于印度的世界第二大香蕉生產(chǎn)國，主產(chǎn)區(qū)90％以上的栽培品種為“卡文迪許”，而此品種目前正遭受由尖孢鐮刀菌香蕉?；?號(hào)生理小種(Foe4)侵染引起的香蕉枯萎病的嚴(yán)重威脅。因種植香蕉經(jīng)濟(jì)效益好，我國大部分蕉園實(shí)行單一連作模式，導(dǎo)致土壤微生物群落失衡。加之蕉農(nóng)對(duì)香蕉枯萎病防控不力，此病害已迅速蔓延，嚴(yán)重制約著我國香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。土壤健康是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中作物健康生產(chǎn)的重要決定性因素之一，而土壤微生物對(duì)維持土壤健康極其重要，其群落結(jié)構(gòu)及多樣

2、性影響著土傳病害的發(fā)生。因此，解析香蕉抑病型土壤微生物群落特征，研究其調(diào)控形成手段，是防控香蕉連作生物障礙的重要基礎(chǔ)。
　　本研究通過平板計(jì)數(shù)、實(shí)時(shí)熒光定量PCR、變性梯度凝膠電泳(DGGE)及高通量測序等技術(shù)研究了:1）海南6處抑制土傳枯萎病蕉園土壤的微生物區(qū)系特征;2）海南萬鐘實(shí)業(yè)有限公司樂東分公司農(nóng)場不同連作年限下香蕉園土壤的微生物區(qū)系特征;3)多年連作香蕉且高發(fā)枯萎病的土壤施用生物有機(jī)肥對(duì)香蕉枯萎病的防控效果及對(duì)土壤微生物

3、區(qū)系的調(diào)控效果，試圖揭示連作加劇香蕉土傳枯萎病發(fā)生的土壤微生物生態(tài)學(xué)原因、抑病型土壤微生物區(qū)系特征及施用生物有機(jī)肥防控香蕉土傳枯萎病潛在的土壤微生物生態(tài)學(xué)機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　1.抑制香蕉土傳枯萎病土壤的微生物區(qū)系特征
　　通過比較海南6處抑制土傳枯萎病及周邊導(dǎo)病型蕉園土壤發(fā)現(xiàn):抑病型土壤pH值、總氮、總碳、速效磷及速效鉀含量顯著高于導(dǎo)病型土壤;可培養(yǎng)放線菌數(shù)量顯著高于導(dǎo)病型土壤，而尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著低于導(dǎo)病型土壤;

4、抑病型土壤中能拮抗尖孢鐮刀菌4號(hào)小種(Foc4)的茅孢桿菌數(shù)量高于導(dǎo)病型土壤，其優(yōu)勢拮抗菌分類不同于導(dǎo)病型土壤，主要為解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)、甲基型芽孢桿菌(Bacillus methylotrophicus)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)。MiSeq高通量測序結(jié)果表明:不同試驗(yàn)點(diǎn)土壤細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯，且各試驗(yàn)點(diǎn)內(nèi)抑病型土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)明顯不同于導(dǎo)病型土壤;

5、抑病型土壤中變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌Gp4(Gp4)、木霉屬（Trichoderma）和假單胞菌屬（Pseudomonas）的相對(duì)豐度顯著高于導(dǎo)病型土壤，而鐮刀菌屬（Fusarium）的相對(duì)豐度顯著低于導(dǎo)病型土壤。利用隨機(jī)矩陣?yán)碚摌?gòu)建土壤微生物群落生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析所有抑病型及導(dǎo)病型土壤中微生物區(qū)系的網(wǎng)絡(luò)組織性、模塊性及穩(wěn)定性。結(jié)果表明:相比于導(dǎo)病型處理，抑病型土壤細(xì)菌及真菌的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)組織更復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系更緊密

6、;功能宏模塊更多; Generalist和Supergeneralist比例更高，且其組成成員不同于導(dǎo)病型土壤，主要為黃桿菌屬（Flavobacterium）、茅單胞菌屬（Gemmatimonas）、鞘氨醇桿菌屬（Sphingobacterium）、發(fā)菌屬(Terrimonas)和酸桿菌Gp3（Gp3）等。
　　2.不同連作年限香蕉園土壤的微生物區(qū)系特征
　　通過比較種植1年、連作2、6、9、10及11年蕉園土壤微生物區(qū)系發(fā)

7、現(xiàn):隨著連作年限的增加，香蕉枯萎病發(fā)病率逐漸升高，產(chǎn)量逐漸降低。MiSeq高通量測序結(jié)果表明:隨著連作年限的增加，細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了明顯變化，尤其是真菌群落結(jié)構(gòu)的變化尤為明顯;新種1年及連作10年蕉園土壤中鐮刀菌屬(Fusarium)的相對(duì)豐度顯著低于其它連作處理;鐮刀菌屬的相對(duì)豐度與連作年限間無顯著相關(guān)性，但與發(fā)病率呈正相關(guān)關(guān)系，與香蕉產(chǎn)量、土壤pH值及有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;香蕉枯萎病發(fā)病率與細(xì)菌豐度間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與真菌

8、豐度間呈正相關(guān)關(guān)系;土壤中常見的黃桿菌屬（Flavobacterium）和酸桿菌Gp4(Gp4)等潛在生防菌的相對(duì)豐度與連作年限間無顯著相關(guān)性，但與香蕉枯萎病發(fā)病率、產(chǎn)量之間有顯著相關(guān)性。利用隨機(jī)矩陣?yán)碚摌?gòu)建土壤微生物群落生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(Network)分析短期（新種1年、連作2及6年）及長期連作（連作9、10及11年）土壤中微生物區(qū)系的網(wǎng)絡(luò)組織性、模塊性及穩(wěn)定性。結(jié)果表明，長期連作導(dǎo)致土壤細(xì)菌及真菌的微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)組織性、模塊性及穩(wěn)定性下降

9、，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作用變差。
　　3.盆栽條件下持續(xù)施用生物有機(jī)肥對(duì)香蕉枯萎病防控效果及土壤微生物區(qū)系的影響
　　通過比較盆栽條件下在多年連作香蕉且高發(fā)枯萎病的土壤上持續(xù)施用化肥、少量及大量含解淀粉芽孢桿菌NJN-6(B.amyloliquefaciens NJN-6)生物有機(jī)肥處理發(fā)現(xiàn):連作土壤持續(xù)施用生物有機(jī)肥能顯著降低香蕉枯萎病的發(fā)生，生物有機(jī)肥施用量加大，防控效果更佳。MiSeq高通量測序結(jié)果表明:持續(xù)施用生物有機(jī)肥改變了土

10、壤細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu);與化肥對(duì)照相比，大量施用生物有機(jī)肥處理增加了土壤中厚壁菌門(Firmicutes)和芽孢桿菌屬(Bacillus)的相對(duì)豐度，降低了酸桿菌門(Acidobacteria)、擬桿菌門（Bacteroidetes）及子囊菌門(Ascomycota)的相對(duì)豐度;持續(xù)施用生物有機(jī)肥還降低了土壤中鐮刀菌屬(Fusarium)的相對(duì)豐度;Pearson相關(guān)性分析和冗余度分析(RDA)結(jié)果也表明大量施用生物有機(jī)肥處理的土壤中芽孢

11、桿菌屬(Bacillus)、TM7屬（TM7_genera）及Spartobacteria屬（Spartobacteria_genera）的相對(duì)豐度較高，土壤pH值、總氮、總碳及速效磷含量較高，而香蕉枯萎病發(fā)病率與此呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　4.田間條件下施用生物有機(jī)肥對(duì)當(dāng)季及留芽季香蕉枯萎病防控效果及土壤微生物區(qū)系的影響
　　與常規(guī)對(duì)照相比，田間條件下在多年連作香蕉且高發(fā)枯萎病土壤上施用含解淀粉芽孢桿菌NJN-6生物有機(jī)肥后當(dāng)季

12、香蕉枯萎病發(fā)病率降低了47.1％，香蕉果實(shí)可滴定酸含量降低，可溶性總糖含量及糖酸比升高。田間施用生物有機(jī)肥增加了土體土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、芽孢桿菌數(shù)量及細(xì)菌真菌比，降低了可培養(yǎng)真菌及尖孢鐮刀菌數(shù)量。DGGE結(jié)果表明:施用生物有機(jī)肥改變了土體土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，提高了細(xì)菌豐富度，增加了伯克氏菌屬（Burkholderia）和放線菌屬（Actinomyces）等有益菌含量。454高通量測序結(jié)果表明:施用生物有機(jī)肥改變了土體土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

13、;增加了土壤酸桿菌門（Acidobacteria）及芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）的相對(duì)豐度，降低了擬桿菌門(Bacteroidetes)的豐度;增加了土壤酸桿菌Gp4(Gp4)及芽單胞菌屬的相對(duì)豐度。Pearson相關(guān)性及RDA結(jié)果也表明生物有機(jī)肥的施用增加了土壤芽單胞菌屬(Gemmatimonas)及鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）的相對(duì)豐度,并增加了土壤銨態(tài)氮、總氮含量，而這些指標(biāo)與香蕉枯萎病發(fā)病率之間呈

14、負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　與化肥對(duì)照相比，施用生物有機(jī)肥處理留芽季香蕉枯萎病發(fā)病率降低了40.6％，香蕉產(chǎn)量增加了22.4 t/ha。生物有機(jī)肥的施用增加了香蕉根際土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、芽孢桿菌數(shù)量、有拮抗能力芽孢桿菌數(shù)量及細(xì)菌真菌比，降低了可培養(yǎng)真菌及尖孢鐮刀菌數(shù)量。施用有機(jī)肥改變了香蕉根際土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，增加了慢速生長菌(k-策略者)的比例?？膳囵B(yǎng)細(xì)菌群落DGGE結(jié)果表明:施用生物有機(jī)肥改變了根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，提高了

15、其豐富度和多樣性。454高通量測序結(jié)果表明:施用生物有機(jī)肥改變了根際土壤細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu);增加了細(xì)菌多樣性并降低了真菌多樣性;增加了酸桿菌門(Acidobacteria)、厚壁菌門（Firmicutes）及茅單胞菌門（Gemmatimonadetes）的相對(duì)豐度，降低了變形菌門（Proteobacteria）及子囊菌門(Ascomycota)的相對(duì)豐度;增加了酸桿菌Gp1(Gp1)及Gp3(Gp3)、小球腔菌屬（Leptosphaer

16、ia）及擬暗球腔菌屬（Phaeosphaeriopsis）的相對(duì)豐度，降低了鐮刀菌屬（Fusarium）的相對(duì)豐度。
　　結(jié)論:香蕉長期單一連作逐漸打破了土壤微生物區(qū)系平衡，加劇了土傳枯萎病的發(fā)生。抑病型土壤微生物區(qū)系生態(tài)網(wǎng)絡(luò)組織性好，鐮刀菌屬的相對(duì)豐度低，假單胞菌、酸桿菌Gp4和木霉屬等潛在生防菌的相對(duì)豐度高。無論是盆栽還是田間條件下，施用生物有機(jī)肥均能改良連作土壤微生物區(qū)系，使其向抑病型土壤區(qū)系轉(zhuǎn)化，從而減輕香蕉枯萎病的發(fā)生。