詹穎馨 方亮 付圣麟 蘇廣林 陳晗 劉斌
摘要:【目的】探究卵孢長根菇不同生長期覆土層微生物群落結構多樣性及木霉病害對微生物群落的影響,為長根菇的高產穩(wěn)產提供理論依據(jù)?!痉椒ā坎捎肐llumina高通量測序技術,研究長根菇不同生長階段(覆土時、現(xiàn)蕾期、采收期、發(fā)病期、轉潮期)覆土層微生物群落結構組成及其多樣性,并利用冗余分析技術分析研究微生物菌群與土壤理化因子的相關性。【結果】從覆土樣品中共獲得操作分類單元(OTUs)4581個,細菌和真菌OTUs分別為3650個和931個。不同生長階段土壤的細菌優(yōu)勢菌群存在較大差異,覆土時和采收期的最優(yōu)勢屬為廣義伯克霍爾德氏菌屬(Burkholderia),現(xiàn)蕾期、發(fā)病期、轉潮期的最優(yōu)勢屬的分別為羅爾斯通氏菌屬(Ralstonia)、西地西菌屬(Cedecea)和噬幾丁質菌屬(Chitinophaga)。覆工至采收的前3個生長期的最優(yōu)勢真菌屬為鐮刀菌屬(Fusarium),其余生長期則為木霉屬(Trichoderma)。木霉病害發(fā)病期土壤層微生物菌群結構發(fā)生較大變化,微生物數(shù)量和豐度均低于其他期;采收期土壤的細菌多樣性最高,轉潮期真菌多樣性最高。冗余分析結果表明,覆土層中速效氮和速效鉀與細菌在屬水平上有顯著正相關(P<0.05,下同);有效磷與真菌屬水平菌群顯著正相關。土壤有機質與覆土時土壤微生物群落呈正相關;速效氮、有效磷、速效鉀和pH則與轉潮期土壤微生物群落呈正相關?!窘Y論】不同生長階段覆土層土壤真菌物種數(shù)量在采收期達最大值,細菌物種數(shù)量則隨著長根菇的生長而不斷下降。木霉病害的發(fā)生對土壤微生物種類和豐度均有顯著抑制作用,同時大量消耗土壤的營養(yǎng)元素,降低pH。
關鍵詞:卵孢長根菇;土壤微生物多樣性;高通量測序技術;土壤理化性質;群落結構
中圖分類號:S646;S154.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼: A 文章編號:2095-1191(2022)04-1143-09
Diversity analysis of microbial community structure in casing soil in different growth stages of Hymenopellis raphanipes
ZHAN Ying-xin, FANG Liang, FU Sheng-lin, SU Guang-lin, CHEN Han, LIU Bin*
(College of Agriculture, Guangxi University/Institute of Edible Fungi, Guangxi University, Nanning,
Guangxi? 530004, China)
Abstract:【Objective】To investigate the composition and diversity of microbial community structure of the casing soil in different growth stages of Hymenopellis raphanipes, and the effect of Trichoderma diseases on microbial communities,so as to provide the theoretical basis for the high and stable yield of the H. raphanipes. 【Method】The microbial community structure and diversity in different growth stages(casing stage, pinning stage, harvesting stage, harvesting stage with green mold disease, flush interval stage) of H. raphanipes were analyzed by Illumina high-throughput sequencing technology, while the relationship between microbial community and soil physical-chemical property was studied by environmental factors analysis. 【Result】Results showed the total number of operational taxonomic unit(OTUs) in casing soil was 4581, including 3650 of bacteria and 931 of fungi. There were significant differences in the dominant bacterial community in different growing stages, the dominant bacterial genus in casing stage and harvesting stage was Burkholderia.? Ralstonia, Cedecea and Chitinophaga were the dominant genus in pinning stage, harvesting stage and flush interval stage, respectively. The most dominant fungal in the first three stages was genus Fusarium, and the remaining stages were genus Trichoderma. In disease stage, the structure of soil microbial community changed greatly, with the number of microorganisms and relative abundance lower than other stage. In harvesting stage, bacteria diversity reached the highest and in the flush interval stage, fungal diversity was the highest. dbRDA analysis showed that the content of available nitrogen(AN) and available phosphorus(AK) in casting soil was significant positive correlated with bacteria at genus level(P<0.05, the same below). Available phosphorus(AP) had significant positive correlation with bacterial communities at genus level. Soil organic matter(SOM) was significantly positively correlated with soil microbial community in casing stage, while AN, AP, AK and pH were positively correlated with soil microbial community in flush interval stage. 【Conclusion】The number of soil fungal flora in different growth stages reaches the maximum at harvest time; The number of bacterial flora decreased with the growth of long root mushroom. The occurrence of Trichoderma disease can significantly inhibit the species and abundance of soil microbial flora, and consume a lot of soil nutrient elements and reduce pH.
Key words: Hymenopellis raphanipes; soil microbial diversity; high-throughput sequencing technology; soil physicochemical property; community structure
Foundation items: Guangxi Key Research and Development Plan Project (Guike AB18221047)
0 引言
【研究意義】卵孢長根菇(Hymenopellis raphanipes)又名卵孢小奧德蘑、露水雞樅等,商品名為黑皮雞樅(Hao et al.,2016),其肉質細膩、香味濃郁、營養(yǎng)豐富,是近年深受消費者喜愛的名貴珍稀食用菌。長根菇雖然不覆土也能出菇,但產量較低,覆土是長根菇栽培過程的一個重要環(huán)節(jié),土壤中微生物和組分能直接影響子實體產量和質量。在覆土栽培中最突出的問題是雜菌侵染,尤以木霉(Trichoderma spp.)危害最嚴重,其在栽培袋和覆土層表面快速生長,與長根菇競爭營養(yǎng)和空間,造成長根菇嚴重減產甚至絕收,已成為制約長根菇產業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此,開展長根菇生長發(fā)育過程中覆土層土壤微生物群落結構多樣性研究,對長根菇的高產穩(wěn)產栽培具有重要意義。【前人研究進展】我國進行卵孢長根菇馴化栽培的時間較晚,20世紀期間已有學者對卵孢長根菇進行栽培研究,但因栽培技術不成熟等問題,未能實現(xiàn)長根菇的規(guī)?;a(李傳華等,2011)。孫思國(2010)在山東省濟寧市金鄉(xiāng)縣首次成功實現(xiàn)卵孢長根菇的大規(guī)模人工覆土栽培。覆土是某些食用菌栽培的關鍵環(huán)節(jié),不僅能保溫保濕,還能提供營養(yǎng)和有益微生物、促進食用菌菌絲扭結,有利于子實體的原基早形成早出菇(Kalberer et al.,1990)。雙孢蘑菇(Agaricus bisporus)具有不覆土不出菇的特性,必須覆土才能誘導形成子實體(沈新芬等,2019),是覆土層微生物研究較深入的食用菌。Chen等(2013)的試驗結果表明,覆土層中產生1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸脫氨酶的細菌可降低雙孢蘑菇原基形成抑制劑乙烯的含量,從而促進原基的形成。王琳等(2018)研究確定了惡臭假單胞菌TK3對雙孢蘑菇具有促生作用,能實現(xiàn)子實體的大幅度增產。近年來,其他食用菌與土壤微生物群落的關系也相繼開展。陳誠等(2017)采用高通量測序技術對羊肚菌白霉病發(fā)生前后土壤的微生物群落結構進行研究,結果表明羊肚菌栽培后真菌多樣性降低,白霉病發(fā)生后根際真菌種類增多,優(yōu)勢真菌類群也產生了較大變化;張相鋒等(2019)、楊曉絨等(2020)的研究結果表明,羊肚菌根際土壤微生物多樣性與土壤深度成反比,上層微生物多樣性最高;趙玉卉等(2021)對羊肚菌根際細菌群落與土壤環(huán)境因子相關性進行研究,揭示了羊肚菌根際微生態(tài)系統(tǒng)各要素間的相互關系。綜上所述,覆土土壤微生物多樣性和土壤理化性質在覆土型食用菌菌絲和子實體的生長階段起著重要作用?!颈狙芯壳腥朦c】至今有關長根菇覆土層微生物多樣性研究鮮見報道?!緮M解決的關鍵問題】基于Illumina NovaSeq測序平臺的第二代測序技術對長根菇不同生長階段覆土層土壤進行高通量測序分析,通過測定細菌和真菌群落的結構及其多樣性,分析其與土壤理化性質間相關性,探究不同生長期覆土層土壤細菌和真菌群落的差異,以期為長根菇的工廠化覆土栽培提供科學依據(jù)。
1 材料與方法
1. 1 樣品采集
長根菇覆土栽培試驗于2021年5—6月在廣西梧州市萬秀區(qū)夏郢鎮(zhèn)的上品薈食用菌種植基地(東經111o30′99″,北緯23o56′30″)進行。長根菇菌種由山東遠洋農業(yè)開發(fā)有限公司提供,覆土材料為75%紅壤土和25%泥炭土混合組成。選取長根菇不同生長階段的覆土層,即覆土時(5月19日)、首潮菇現(xiàn)蕾期(6月3日)、首潮菇采收期(6月13日)、采收期發(fā)生木霉病害(6月13日,簡稱發(fā)病期)及首潮采收后的轉潮期(6月23日)。采集時去除表面2~3 cm的土層,使用內徑為5 cm的土鉆和100 cm3環(huán)刀,采集菇架上的土壤,每個生長期采集3份樣品,每份樣品采集3個點的土壤進行混合。裝入無菌自封袋中密封,立即帶回實驗室,除去土壤中的石塊和可見動植物殘體等。土樣分2份保存,其中一份樣品于-80 ℃冰箱保存,用于土壤微生物群落多樣性測定;另一份樣品于陰涼處風干后過80目篩,用于土壤理化性質的測定。
1. 2 土壤理化性質測定
有機質(Soil organic matter ,SOM)含量用重鉻酸鉀容量法測定,pH值用電位法測定(Ciavatta et al.,1991)。速效氮(Available nitrogen ,AN)含量用堿解擴散法測定(Xiong et al.,2008);有效磷(Available phosphorus,AP)含量用鉬銻抗比色紫外分光光度法測定;速效鉀(Available potassium ,AK)含量經乙酸銨提取后用火焰光度法測定(鮑士旦,2003)。
1. 3 高通量測序分析
采用CTAB法對土壤樣本的基因組DNA進行提取,利用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度,使用無菌水稀釋樣本DNA至1 ng/μL。以DNA基因組作為模板,對細菌16S rDNA序列V3~V4可變區(qū)和真菌ITS1區(qū)進行PCR擴增。擴增引物分別為314F(5'-CCTAYGGGRBGCASCAG-3')和806R(5'-GGACTA CNNGGGTATCTAAT-3'),ITS5-1737F(5'-GGAAGT AAAAGTCGTAACAAGG-3')和ITS2-2043R(5'-GCT GCGTTCTTCATCGATGC-3')。PCR產物經瓊脂糖凝膠進行電泳檢測后,采用qiagen公司的膠回收試劑盒回收目的條帶。文庫構建按TruSeq? DNA PCR-Free Sample Preparation Kit試劑盒的說明進行,構建好的文庫合格使用NovaSeq6000進行上機測序,高通量測序委托北京諾禾致源生物信息科技有限公司完成。
1. 4 測序數(shù)據(jù)處理與分析
測序獲得的原始數(shù)據(jù)采用FLASH v1.2.7, (http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/)進行拼接,拼接獲得的原始Tags數(shù)據(jù)經Qiime v1.9.1(http://qiime.org/scripts/split libraries fastq.html)質控得到高質量的Clean Tags數(shù)據(jù),再與物種數(shù)據(jù)庫進行比對并去除嵌合體序列,得到最終有效數(shù)據(jù)(Effective tags)(Wang et al.,2007;Quast et al.,2013)。利用Uparse算法(Uparse v7.0.1001)對Effective Tags進行聚類,默認以97%的一致性將序列聚類成為OTUs(Operational taxonomic units)。使用Qiime v1.9.1進行微生物群落Alpha多樣性和Beta多樣性的比較分析(Li and Xu,2007)。用Spearman相關分析(Algina and Keselman,1999)和環(huán)境因子分析(Distance-based redundancy analysis,db-RDA)(李曉謙等,2015)研究微生物多樣性和群落結構與土壤理化性質間的關系。以上分析均在北京諾禾致源科技股份有限公司售后平臺NovoMagic(https://magic.novogene.com/customer/main#/login)完成。
1. 5 統(tǒng)計分析
利用Excle 2016進行柱狀圖制作,使用SPSS 23.0對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。
2 結果與分析
2. 1 不同生長期覆土層土壤理化性質
由表1可知,不同生長期覆土層土壤AN、AP和AK含量及pH存在明顯差異,SOM含量差異不顯著(P>0.05)。土壤AN和AP含量和pH表現(xiàn)為采收期最高,土壤AK含量表現(xiàn)為轉潮期含量最高。所有土壤樣品的pH均為酸性,現(xiàn)蕾期覆土層土壤pH最低,且與其他時期差異顯著(P<0.05,下同)。采收期覆土層的AN、AP和AK含量顯著高于同期發(fā)生病害的覆土層。
2. 2 不同生長期覆土層土壤微生物群落結構多樣性
由圖1-A可知,長根菇覆土時土壤細菌的優(yōu)勢屬為伯克霍爾德氏菌屬(Burkholderia),相對豐度為4.78%,次優(yōu)勢屬為羅爾斯通氏菌屬(Ralstonia);現(xiàn)蕾期羅爾斯通氏菌屬為最優(yōu)勢屬,其次是伯克霍爾德氏菌屬,豐度分別為4.78%和4.15%;采收期土壤中伯克霍爾德氏菌屬是最優(yōu)勢屬,相對豐度為9.23%,但發(fā)病期的土樣則西地西菌屬(Cedecea)為最優(yōu)勢屬,相對豐度為13.98%,鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)是第二優(yōu)勢屬,相對豐度為12.83%;轉潮期土壤中噬幾丁質菌屬(Chitinophaga)是最優(yōu)勢屬,相對豐度為16.98%。不同生長期土壤的細菌組成屬與門分類水平的結果不同,優(yōu)勢菌屬在不同的樣品中存在明顯差異,最優(yōu)勢屬在不同生長期均不一致。如圖1-B所示,不同生長期土壤樣品中真菌屬水平組成上存在明顯差異。對真菌而言,覆土時和現(xiàn)蕾期以鐮刀菌屬(Fusarium)為最優(yōu)勢屬,其相對豐度分別為92.19%和89.06%,采收期仍以鐮刀菌屬為最優(yōu)勢屬,但相對豐度則下降至42.89%;發(fā)病期和轉潮期的最優(yōu)勢屬是木霉屬(Trichoderma),相對豐度分別為72.47%和46.73%。在長根菇的生長發(fā)育中,覆土層鐮刀菌屬的相對豐度從92.19%逐漸下降至4.35%,而節(jié)叢孢屬(Arthrobotrys)和長根菇屬(Hymenopellis)的相對豐度則隨著生長期的延長而不斷增加。
2. 3 不同生長期覆土層土壤微生物群落多樣性
長根菇不同生長期覆土樣品中細菌的OTUs數(shù)量及多樣性指數(shù)如表2所示,在97%相似水平上劃分的OTUs數(shù)量,覆土時最高,為1323個,轉潮期最低,為1012個。本研究中5個樣品覆蓋率為99.63%~99.74%,Chao1指數(shù)為1162.54~1421.06,ACE指數(shù)為1102.14~1434.96,Shannon指數(shù)為5.09~7.37,Simpson指數(shù)為0.91~0.97。覆土時的Chao1和ACE指數(shù)最高,覆蓋率最低。采收期的Shannon和Simpson多樣性指數(shù)最高,發(fā)病期Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)最低。采收期的覆土層細菌4個物種多樣性指數(shù)均高于發(fā)病期,且Shannon指數(shù)差異顯著。
真菌多樣性分析見表3,OTUs數(shù)量介于114.33~194.67,采收期數(shù)量最多,但發(fā)生病害的采收期OTUs數(shù)量最少。各樣品的Shannon指數(shù)為0.86~2.99,Simpson指數(shù)為0.16~0.71。轉潮期的Shannon和Simpson多樣性指數(shù)最高;覆土時Shannon和Simpson指數(shù)最低,Chao1指數(shù)為124.20~204.92,ACE指數(shù)為129.20~209.75;采收期的Chao1和ACE指數(shù)最高,發(fā)生病害時則最低。發(fā)病期覆土層的微生物多樣性較低,其他指數(shù)均低于采收期,說明木霉病害的發(fā)生嚴重改變了土壤微生物群落結構,同時降低了物種數(shù)量及豐度。
2. 4 不同生長期覆土層土壤微生物群落β多樣性
以加權Unifrac距離矩陣對相對豐度排序前10的細菌優(yōu)勢門進行UPGMA聚類分析,結果如圖2-A所示,在加權Unifrac距離為0.08的水平上,5組樣本聚成兩大類。第一類由覆土時、現(xiàn)蕾期和采收期組成,包括變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidota)和酸桿菌門(Acidobacteria);第二類由發(fā)病期和轉潮期組成,主要以變形菌門(Proteobacteria)擬桿菌門(Bacteroidota)等細菌為主。圖2-B顯示不同樣品的真菌聚類結果,在加權Unifrac距離為0.09的水平上,5組樣本被聚為三大類,其中,覆土時和現(xiàn)蕾期聚為一類,采收期和轉潮期聚為一類,發(fā)病期單獨分為一類,說明木霉病害的發(fā)生使得細菌和真菌群落發(fā)生了較大改變。除去其他(others)外,5組樣本均以子囊菌門(Ascomycota)為最優(yōu)勢門,擔子菌門(Basidiomycota)次之,子囊菌門和擔子菌門的相對豐度之和大于96.50%。
2. 5 土壤理化性質與微生物群落結構的相關性
利用dbRDA分析探究土壤理化性質對不同覆土樣品微生物群落組成的影響,如圖3所示,細菌第一和第二排序軸共解釋了66.05%的群落變化,其中對土壤細菌群落影響較大的有土壤AP、AK和AN,土壤pH對土壤細菌群落影響較小;對于土壤真菌群落,第一和第二排序軸共解釋了91.95%的群落變化,根據(jù)對真菌群落影響的排序為土壤pH、AK、AP和SOM,AN對土壤真菌群落的影響較小。SOM與覆土時、現(xiàn)蕾期和采收期土壤的真菌群落呈正相關。pH、AP和AK與采收期和轉潮期土壤的細菌和真菌群落均呈正相關性,AN與該階段土壤微生物群落相關性不明顯,而SOM則與該階段土壤微生物有顯著負相關。SOM與生長前期土壤微生物群落呈正相關,AN、AP、AK和pH則與轉潮期土壤呈正相關,是影響土壤微生物群落結構的主要環(huán)境因子。
對覆土層土壤微生物細菌屬與環(huán)境因子進行Spearman相關分析,結果如圖4所示。AN與慢生根瘤菌屬(Bradyrhizobium)、蒲氏桿菌屬(Puia)和TM7a呈極顯著正相關(P<0.01,下同),與中華單胞菌屬(Sinomonas)呈顯著正相關;SOM與克雷伯氏菌屬(Klebsiella)呈顯著負相關;pH與細菌4個屬呈顯著或極顯著的負相關,而AP對土壤細菌群落結構未產生顯著影響。而就真菌而言,AP與土壤真菌群落中的4個屬即枝頂孢屬(Acremonium)、頭束霉屬(Cephalotrichum)、長根菇屬(Hymenopellis)和帚枝霉屬(Sarocladium)呈極顯著正相關,與節(jié)叢孢屬(Athrobotrys)、角擔菌屬(Ceratobasidium)和Heterogastridium屬呈顯著正相關;SOM與土壤真菌群落中的鏈格孢屬(Alternaria)呈顯著正相關,與土壤細菌群落中的克雷伯氏菌屬(klebsiella)呈顯著負相關; pH則與4個屬的真菌OUTs呈顯著負相關;AN和AK對真菌群落沒有表現(xiàn)出相關性。
2. 6 不同覆土階段長根菇高豐度細菌潛在功能分析
使用Tax4Fun對樣品進行功能注釋并結合豐度信息,從功能差異層面進行聚類,結果如圖5所示,人類疾病(Human diseases)和環(huán)境信息處理(Environmental information processing)相關的細菌菌群與發(fā)病期土壤樣品呈正相關,而與其他樣品的相關性不大。另外,還有一類與人類疾病功能接近的菌群被劃分為unclassified,說明木霉的大量繁殖使土壤中與人類疾病和環(huán)境信息相關的細菌大量擴繁,土壤潛在致病風險增加。
3 討論
高通量測序技術的發(fā)展為高效分析微生物群落結構組成提供了一個強大的平臺(Benucci et al.,2019),因此高通量的測序方法是研究土壤微生物群落以及功能的一個非常有效手段(Claesson et al.,2009;張彩霞,2012;Li et al.,2016)。Gong等(2018)、Ke等(2019)均選擇利用高通量的測序方法進行食用菌栽培期間微生物多樣性的相關研究。本研究獲得了3650個細菌OTUs和931個真菌OTUs,同時存在一定比例的微生物為unidentified,未定義到具體的分類單元,表明長根菇覆土土壤中存在大量未知的微生物,同時證明了土壤微生物群落功能的復雜性。
在長根菇的生長發(fā)育過程中,覆土層土壤中細菌和真菌在組成和優(yōu)勢菌屬上存在明顯差異,對土壤微生態(tài)起到一定的調節(jié)作用。伯克霍爾德氏菌屬是長根菇覆土時和采收期土壤的最優(yōu)勢屬,伯克霍爾德氏菌屬的相對豐度在長根菇生長期中呈先下降、后上升、再迅速下降的趨勢,其數(shù)量在正常采收期時最高而在轉潮期最低??赡苁且驗椴嘶魻柕率暇鷮偈且环N強競爭力的根圍定殖細菌(梁曉潔,2020),隨著長根菇子實體的大量生長,其在子實體菌根周圍大量繁殖。由于長根菇的不斷采收,數(shù)量不斷減少,再加上采收時菌根不斷帶走周圍土壤,導致伯克霍爾德氏菌屬的數(shù)量不斷下降,在轉潮期數(shù)量達最低值。羅爾斯通氏菌屬是現(xiàn)蕾期土壤中最優(yōu)勢屬,其相對豐度在長根菇生長期中呈先上升、后逐漸下降的趨勢,與土壤中有機質含量的變化趨勢相一致,應該與羅爾斯通氏菌屬具有較強的化能自養(yǎng)能力,能直接利用有機碳源異養(yǎng)生長有關(馬哲等,2021)。噬幾丁質菌屬在各生長階段的土壤中均有分布,并于轉潮期豐富度達最大。鐮刀菌屬是前3個階段土壤的真菌最優(yōu)勢屬,并在覆土時和現(xiàn)蕾期具有92.19%和89.06%的絕對優(yōu)勢,而后大幅度下降,究其原因可能是長根菇子實體在生長過程中釋放的某些物質對其有明顯的抑制作用,也為鐮刀菌屬病原菌的防治提供一定的研究思路。節(jié)叢孢屬豐富度從現(xiàn)蕾期起逐漸增加,該屬真菌具有捕捉和殺死線蟲的能力,在食用菌栽培中被用于控制線蟲數(shù)量(Goltapeh et al.,2008)。
木霉是土壤中一類普遍存在的真菌,生長速度快且產孢能力強,具有強腐生競爭力;其主要來源于覆土土壤,加之木霉與食用菌的生長條件高度重合,在不通風的環(huán)境下極易發(fā)生木霉的大量繁殖(Hassan et al.,2019)。發(fā)病期土壤中SOM、AN、AP和AK的含量均低于采收期,其中AP含量下降最多,僅為正常采收期的10.61%。除木霉寄生于食用菌菌絲上,包裹菌包生長,并產生有毒物質,抑制和消解菌絲體外(吳小平,2008),木霉繁殖大量消耗土壤中營養(yǎng)元素同樣阻礙了長根菇菌絲的生長,嚴重影響長根菇的產量。木霉病害的暴發(fā)使得木霉屬在發(fā)病采收期相對豐度高達72.74%,整體上減少了土壤微生物多樣性和豐度,其中細菌多樣性指數(shù)略微下降而真菌各多樣性指數(shù)均有大幅度的下降。該結果與木霉作為生防菌株治理植物病害時,對土壤中微生物群落多樣性所造成的影響相一致(馬建華,2010;王寧等,2018)。從土壤細菌的潛在功能分析結果可知,木霉病害發(fā)生后,土壤中與人類疾病和環(huán)境信息相關的細菌菌群有了顯著的增長,說明木霉的大量繁殖破壞了土壤中微生物的平衡,改變了細菌的群落結構,使得土壤中致病菌數(shù)量增多、潛在致病風險上升,另外土壤中還會有蟲害暴發(fā)或者蟲卵富集的情況,給覆土層土壤的再利用增加了難度。
本研究還對長根菇覆土生長階段土壤理化因子的變化進行了研究,通過dbRDA分析可知,土壤理化因子是長根菇覆土土壤的微生物群落結構及其多樣性的主要因素,顯著影響土壤中真菌群落結構,這與李敏和閆偉(2019)的研究結果有相同之處。AN、AK含量和pH在不同生長期有著顯著的差異,說明這3個理化因子對長根菇的生長有較大的影響,而SOM和AP對長根菇的覆土生長影響不明顯;在工廠化栽培長根菇后期可通過對AN和AK含量的添加來調節(jié)長根菇的生長。長根菇喜生于偏酸性土壤中(羅影等,2021),且pH對發(fā)病期土壤細菌和真菌均為顯著正相關,木霉大量發(fā)生會降低土壤pH;木霉病害暴發(fā)初期可通過在發(fā)生部位施撒生石灰等方式調節(jié)pH,以控制木霉(秦文韜等,2020)。
長根菇不同生長階段覆土層土壤細菌和真菌的微生物群落均發(fā)生較顯著變化,長根菇生長過程能引起土壤生物和非生物組分特征的一系列變化,特別是木霉病害的發(fā)生使得細菌和真菌的物種數(shù)量和豐富度均有大幅度的降低,但其變化的具體機制尚不清楚,需展開進一步的試驗進行探究。
4 結論
卵孢長根菇的生長能改變覆土層土壤微生物群落多樣性,不同生長階段覆土層土壤真菌物種數(shù)量在采收期達最大值,細菌物種數(shù)量則隨著長根菇的生長而不斷下降。木霉病害的發(fā)生對土壤微生物種類和豐度均有顯著抑制作用,同時大量消耗土壤的營養(yǎng)元素,降低pH。
參考文獻:
鮑士旦. 2003. 土壤農化分析[M]. 第3版. 北京:中國農業(yè)出版社. [Bao S D. 2003. Soil agrochemical analysis[M]. The 3rd Edition. Beijing:China Agricultural Press.]
陳誠,李強,黃文麗,王劍,伏榮桃,羅曦,盧代華. 2017. 羊肚菌白霉病發(fā)生對土壤真菌群落結構的影響[J]. 微生物學通報,44(11):2652-2659. [Chen C,Li Q,Huang W L,Wang J,F(xiàn)u R T,Luo X,Lu D H. 2017. Effects of Morchella white mold disease on soil fungal community structure[J]. Microbiology,44(11):2652-2659.] doi:10.13344/j.microbiol.china.170030.
李傳華,尚曉冬,曲明清,譚琦. 2011. 中國奧德蘑屬栽培研究進展[J]. 食用菌學報,18(4):95-98. [Li C H,Shang X D,Qu M Q,Tan Q. 2011. Cultivation of Oudemansiellain China—A review[J]. Acta Edulis Fungi,18(4):95-98.] doi:10.16488/j.cnki.1005-9873.2011.04.027.
李敏,閆偉. 2019. 海拔對烏拉山油松根圍真菌群落結構的影響[J]. 菌物學報,38(11):1992-2006. [Li M,Yan W. 2019. Effects of altitude on rhizosphere fungal community structure of Pinus tabulaeformis in Wula Mountain,China[J]. Mycosystema,38(11):1992-2006.] doi:10. 13346/j.mycosystema.190243.
李曉謙,朱京海,宋有濤. 2015. 景觀遺傳學中Mantel檢驗和dbRDA統(tǒng)計方法的對比分析[J]. 遼寧大學學報(自然科學版),42(4):289-295. [Li X Q,Zhu J H,Song Y T. 2015. Comparison and analysis of statistics methods of mantel test and dbRDA in landscape geneticsc[J]. Journal of Liaoning University(Natural Sciences Edition),42(4):289-295.] doi:10.16197/j.cnki.lnunse.2015.04.001.
梁曉潔. 2020. 油桐枯萎病拮抗菌伯克霍爾德氏菌Burk-holderia arboris(Ba1)的分離鑒定及拮抗作用研究[D]. 北京:中國林業(yè)科學研究院. [Liang X J. 2020. Isolation,identification and antagonism study of Burkholderia arboris (Ba1) against Fusarium wilt disease[D]. Beijing:Chinese Academy of Forestry.]
羅影,關永強,賈培松,趙振豪,努爾孜亞·亞力買買提,魏鵬,賈文捷. 2021. 黑皮雞樅的分子鑒定與營養(yǎng)需求研究[J]. 安徽農業(yè)科學,49(16):44-50. [Luo Y,Guan Y Q,Jia P S,Zhao Z H,Yalimaimaiti N,Wei P,Jia W J. 2021. Study of molecular identification and nutritional equirement of Hymenopellis raphanipes[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,49(16):44-50.] doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.16.013.
馬建華,張麗榮,康萍芝,杜玉寧. 2010. 秸稈生物反應堆技術的應用對設施黃瓜土壤微生物的影響[J]. 西北農業(yè)學報,19(12):161-165. [Ma J H,Zhang L R,Kang P Z,Du Y N. 2010. Application impact of straw bio-reactor technology on soil microbial of facility cucumber[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,19(12):161-165.] doi:10.3969/j.issn.1004-1389.2010.12.032.
馬哲,劉丹,劉夢曉,曹英秀,宋浩. 2021. CO2到高附加值產物:羅爾斯通氏菌的固碳研究進展[J]. 科學通報,66(33):4218-4230. [Ma Z,Liu D,Liu M X,Cao Y X,Song H. 2021. From CO2 to high value-added products:Advances on carbon sequestration by Ralstonia eutropha H16[J]. Chinese Science Bulletin,66(33):4218-4230.] doi:10.1360/TB-2021-0584.
秦文韜,王守現(xiàn),榮成博,宋忠娟,劉宇. 2020. 我國食用菌病害發(fā)生與防控概況[J]. 中國食用菌,39(12):1-7. [Qin W T,Wang S X,Rong C B,Song Z J,Liu Y. 2020. Occurrence and management of edible fungus diseases in China[J]. Edible Fungi of China,39(12):1-7.] doi:10. 13629/j.cnki.53-1054.2020.12.001.
沈新芬,姚明軍,沈淵,余琛. 2019. 泥炭覆土厚度對雙孢蘑菇產量及品質的影響[J]. 食用菌,41(5):46-48. [Shen X F,Yao M J,Shen Y,Yu C. 2019. Effect of thickness of peat casing soil on yield and quality of Agaricus bisporus[J]. Edible Fungi,41(5):46-48.]
孫思國. 2010. 黑皮雞樅菌生產方法:中國,CN2007101158 66.7[P]. 2010-09-29. [Sun S G. 2010. Production method of black skin chicken fir fungus:China,CN200710115866.7[P]. 2010-09-29.]
王琳,魏啟舜,周影,趙荷娟,陳悅,李輝信. 郭成寶. 2018. 覆土層益生菌惡臭假單胞菌TK3對雙孢蘑菇的促生作用[J]. 食用菌學報,25(3):23-29. [Wang L,Wei Q S,Zhou Y,Zhao H J,Chen Y,Li H X,Guo C B. 2018. Addition of Pseudomonas putida TK3 in to the casing soil to promote growth of Agaricus bisporus[J]. Acta Edulis Fungi,25(3):23-29.] doi:10.16488/j.cnki.1005-9873. 2018.03.004.
王寧,劉銅,靳亞忠,咸洪泉. 2018. 木霉菌對土壤微生物多樣性及草莓生長和發(fā)病的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學,46(18):108-112. [Wang N,Liu T,Jin Y Z,Xian H Q. 2018. Effects of Trichoderma spp. on soil microbial diversity and growth and morbidity of strawberry[J]. Jiangsu Agricultural Sciences,46(18):108-112.] doi:10.15889/j. issn.1002-1302.2018.18.027.
吳小平. 2008. 食用菌致病木霉的鑒定、致病機理及防治研究[D]. 福州:福建農林大學. [Wu X P. 2008. Identification,pathogenic mechanism and control of Trichoderma spp. isolation from edible fungi[D]. Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University.]
楊曉絨,賴曉輝,吾爾恩·阿合別爾迪,焦子偉,張相鋒. 2020. 昭蘇縣野生羊肚菌根際土壤細菌多樣性研究 [J]. 微生物學雜志,40(4):24-33. [Yang X R,Lai X H,Aheberdi U,Jiao Z W,Zhang X F. 2020. Bacterial diversity in rhizosphere soil of wild morels in Zhaosu County[J]. Journal of Microbiology,40(4):24-33.] doi:10.3969/j.issn. 1005-7021.2020.04.004.
張彩霞. 2012. 新一代高通量測序技術研究土壤微生物群落結構對環(huán)境條件的響應[D]. 南京:南京農業(yè)大學. [Zhang C X. 2012. The research of microorganism composition responces to environment conditions with the next generation high throughput DNA sequencing technology[D]. Nanjing:Nanjing Agricultural University.]
張相鋒,楊曉絨,焦子偉. 2019. 伊犁野生羊肚菌根際土壤微生物功能多樣性分析[J]. 微生物學雜志,39(2):83-89. [Zhang X F,Yang X R,Jiao Z W. 2019. Functional diversity analysis of rhizosphere soil microorganism of wild Morchella in Yily[J]. Journal of Microbiology,39(2):83-89.] doi:10.3969/j.issn. 1005-7021.2019.02.013.
趙玉卉,路等學,金輝,楊阿麗,秦鵬,魏甲干,郭瑞,張文齊. 2021. 甘肅省野生羊肚菌根際細菌群落與土壤環(huán)境因子相關性研究[J]. 微生物學通報,49(2):514-528. [Zhao Y H,Lu D X,Jin H,Yang A L,Qin P,Wei J Q,Guo R,Zhang W Q. 2021. Relationship between the bacterial community and environmental factors in the rhizosphere soil of wild morels in Gansu[J]. Microbiology,49(2):514-528.] doi:10.13344/j.microbiol.china.210592.
Algina J,Keselman H J. 1999. Comparing squared multiple correlation coefficients:Examination of a confidence interval and a test significance[J]. Psychological Methods,4(1):76-83. doi:10.1037/1082-989x.4.1.76.
Benucci G M N,Longley R,Zhang P,Zhao Q,Bonito G,Yu F Q. 2019. Microbial communities associated with the black morel Morchella sextelata cultivated in greenhouses[J]. PeerJ,7:1-19. doi:10.7717/peerj.7744.
Chen S C,Qiu C W,Huang T,Zhou W W,Qi Y C,Gao Y Q,Shen J W,Qiu L Y. 2013. Effect of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase producing bacteria on the hyphal growth and primordium initiatiom of Agaricus bisporus[J]. Fungal Ecology,6(1):110-118. doi:10.1016/ j.funeco.2012.08.003.
Ciavatta C,Govi M,Antisari L V,Sequi P. 1991. Determination of organic carbon in aqueous extracts of soilsand fertilizers[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis,22(9-10):795-807. doi:10.1080/00103629109 368455.
Claesson M J,O‘Sullivan O,WANG Q,Nikkil? J,Marchesi J R,Smidt H,Vos W M,Ross RP,O’Toole P W. 2009. Comparative analysis of pyrosequencing and a phylogenetic microarray for exploring microbial community structures in the human distal intestine[J]. PLoS One,4(8):e6669. doi:10.1371/journal.pone.0006669.
Colauto N B,F(xiàn)ermor T R,Eira A F,Linda G. 2016. Pseudomonas pitidastimulates primordial on Agaricus bitorquis[J]. Current Microbiology,72(4):482-488. doi:10.1007/s00284-015-0982-8.
Goltapeh E M,Shams-bakhsh M,Pakdaman B S. 2008. Sensitivity of the Nematophagous Fungus Arthrobotrys
oligospora to fungicides,insecticides and crop supplements used in the commercial cultivation of Agaricus bisporus[J]. Journal of Agricultural Science and Technology,10(4):383-389. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08272.x.
Gong S,Chen C,Zhu J X,Qi G Y,Jiang S X. 2018. Effects of wine-cap Stropharia cultivation on soil nutrients and bacterial communities in forestlands of northern China[J]. PeerJ,6(1):e5741. doi:10.7717/peerj.5741.
Hao Y J,Zhao Q,Wang S X,Yang Z L. 2016. What is the radicate Oudemansiella cultivated in China?[J]. Phytotaxa,286(1):1-12. doi:10.11646/phytotaxa.286.1.1.
Hassan M M,F(xiàn)arid M A,Gaber A. 2019. Rapid identification of Trichoderma koningiopsis and Trichoderma longibrachiatum using sequence characterized amplified region markers[J]. Egyptian Journal of Biological Pest Control,29:2-8. doi:10.1186/s41938-019-0113-0.
Kalberer P P. 1990. Water realations of the mushroom culture Agaricus bispourus; Study of a single break[J]. Scientia Horticulturae,41(4):277-283. doi:10.1016/0304-4238(90)90108-Q.
Ke L Q,Li P D,Xu J P,Wang Q S,Wang L L,Wen H P. 2019. Microbial communities and soil chemical features associated with commercial production of the medicinal mushroom Ganoderma lingzhi in soil[J]. Scientific Reports,9:1-9. doi:10.1038/s41598-019-52368-2.
Li L,Zhu B,Chen C R,Zhang Z H,Wang Q B,He J S. 2016. Precipitation overrides warming in mediating soil nitrogen pools in an alpine grassland ecosystem on the Tibetan Plateau[J]. Scientific Reports,6:31438. doi:10. 1038/srep31438.
Li Y J,Xu L Y. 2007. Improvement for unweighted pair group method with arithmetic mean and its application[J]. Journal of Beijing University of Technology,33(12):1333-1339. doi:10254-0037(2007)12-1333-07.
Quast C,Pruesse E,Yilmaz P,Gerken J,Schweer T,Yarza P,Peplies J,Gl?ckner F O. 2013. The SILVA ribosomal RNA gene database project:Improved data processing and web-based tools[J]. Nucleic Acids Research,41(D1):590-596. doi:10.1093/nar/gks1219.
Wang Q,Garrity G M,Tiedje J M,Cole J R. 2007. Na?ve Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy[J]. Applied and Environmental Microbiology,73(16):5261-5267. doi:10.1128/AEM.00062-07.
Xiong Y M,Xia H X,Li Z A,Cai X A,F(xiàn)u S L. 2008. Impacts of litter and understory removal on soil properties in a subtropical acacia mangium,plantation in China[J]. Plant and Soil,304(1-2):179-188. doi:10.1007/s11104-007-9536-6.
收稿日期:2022-01-16
基金項目:廣西重點研發(fā)計劃項目(桂科AB18221047)
通訊作者:劉斌(1966-),http://orcid.org/0000-0001-9345-4674,教授,主要從事真菌學研究工作,E-mail:liubin@gxu.edu
第一作者:詹穎馨(1997-),https://orcid.org/0000-0002-0764-1607,研究方向為食用菌栽培,E-mail:1270025343@qq.com