腐殖酸配施壳聚糖调控设施番茄土壤细菌群落_鲍莹.pdf

农业环境科学学报Journal of AgroEnvironment Science2022，41（12）:2772-27782022年12月鲍莹，严梦圆，吴萌，等.腐殖酸配施壳聚糖调控设施番茄土壤细菌群落J.农业环境科学学报,2022,41（12）：2772-2778.BAO Y,YAN M Y,WU M,et al.Humic acid combined with chitosan regulates bacterial communities in tomato facility soilJ.Journal ofAgro-Environment Science,2022,41（12）：2772-2778.开放科学OSID腐殖酸配施壳聚糖调控设施番茄土壤细菌群落鲍莹1，2，严梦圆1，2，吴萌1，2，李桂龙1，2，刘凯1，2，李忠佩1，2*（1.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，中国科学院南京土壤研究所，南京 210008；2.中国科学院大学，北京 100049）Humic acid combined with chitosan regulates bacterial communities in tomato facility soilBAO Ying1,2,YAN Mengyuan1,2,WU Meng1,2,LI Guilong1,2,LIU Kai1,2,LI Zhongpei1,2*（1.State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture,Institute of Soil Science,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）Abstract：In order to explore more efficient green control methods for bacterial wilt in tomato facilities,we collected infected soil,addedbiological modifiers,humic acid and/or chitosan,and incubated it at 26 for 10 weeks.The results showed that the soil bacterialcommunity structure was significantly different with the co-application of humic acid and chitosan（HC）compared with the control andsingle application treatments（P0.05）.Under HC treatment,the relative abundance of the bacterial wilt pathogen Ralstonia spp.wassignificantly decreased,while the relative abundance of beneficial microorganisms,Streptomyces spp.,Kitasatospora spp.,Catenulisporaspp.,and Terracidiphilus spp.,was significantly increased（P0.05）.The co-occurrence network results showed that the networkconnectivity,clustering coefficient,and average degree of HC subnetworks were significantly improved（P0.05）and there were direct andindirect inhibitory effects between beneficial microorganisms and Ralstonia spp.;the indirect inhibitory effect was dominant.Our resultsindicated that the co-application of humic acid and chitosan enhanced the interaction between soil bacterial communities and inhibited thegrowth of Ralstonia spp.by promoting beneficial microbial groups.This has practical application potential in the reasonable management oftomato facility fields and the control of soil-borne diseases.Keywords：humic acid;chitosan;tomato facility;bacterial wilt;high-throughput sequencing收稿日期：2022-10-25录用日期：2022-11-17作者简介：鲍莹（1998），女，安徽滁州人，硕士研究生，主要从事土壤生物与生化研究。E-mail：*通信作者：李忠佩E-mail：基金项目：国家自然科学基金面上项目（32071642）；国家重点研发计划项目（2021YFC1808901）Project supported：The National Natural Science Foundation of China（32071642）；The National Key Research and Development Program of China（2021YFC1808901）摘要：为探索针对设施番茄青枯病的高效绿色防治方法，从设施番茄菜地采集发病土壤，并添加生物改良剂腐殖酸和（或）壳聚糖，在26 的恒温培养箱内进行为期10周的土壤培育试验。结果表明：腐殖酸与壳聚糖配施处理（HC）下，土壤细菌群落结构显著区别于空白对照和单施处理（P0.05）；HC处理下青枯病病原菌劳尔氏菌（Ralstonia spp.）的相对丰度显著降低，有益微生物链霉菌属（Streptomyces spp.）、北里孢菌属（Kitasatospora spp.）、细链孢菌属（Catenulispora spp.）和Terracidiphilus spp.的相对丰度显著增加（P0.05）；共现网络结果表明HC处理下子网络的网络连接性、聚类系数和平均度显著提高（P0.05），有益微生物与劳尔氏菌间存在直接和间接的抑制作用，且以间接抑制作用为主。研究表明，腐殖酸与壳聚糖配施增强了土壤细菌群落之间的相互作用，并且能通过富集有益微生物类群来抑制劳尔氏菌生长，在合理管理设施番茄菜地、防控土传病害中具有实际应用潜力。关键词：腐殖酸；壳聚糖；设施番茄；青枯病；高通量测序中图分类号：S154.3；S436.412文献标志码：A文章编号：1672-2043（2022）12-2772-07doi:10.11654/jaes.2022-1063鲍莹，等：腐殖酸配施壳聚糖调控设施番茄土壤细菌群落2022年12月番茄（Solanum lycopersicum L.）属于茄科茄属草本植物，具有较高的营养价值，种植范围广泛。随着设施化栽培的发展1，单一作物连续种植成为农业生产中的常见现象，这也导致了严重的土传病害发生2-4。其中，茄科劳尔氏菌（Ralstonia spp.）所引发的青枯病是设施番茄土传病害中一种典型的、具有高破坏性的细菌性维管束病害5。劳尔氏菌能从土壤或灌溉水中侵入作物根部和茎基部的伤口，并通过维管束系统迅速扩散到地上部，导致作物叶片萎蔫，该病害一旦发生则难以控制，因此给番茄种植户造成了巨大的经济损失，严重制约了番茄产业的可持续发展6-7。目前，化学防治仍然是抑制土传病害引起作物减产的主要措施。化学防治方法虽然能够有效杀灭土传病原菌，但是会对土壤环境产生巨大的负面影响，同时会对农业可持续发展和食品安全构成威胁8-9。通过利用生物改良剂进行合理的农业管理，有目的地“操纵”土壤微生物群落10-11，降低病原菌丰度，减少其所引起的不利生物胁迫，是应对这一农业集约化问题有效的可持续措施12-15。壳聚糖作为一种较有潜力的生物改良剂，具有优异的生物学性能，对防治土传病原菌具有良好的效果16。研究表明壳聚糖能抑制黄单胞菌属（Xanthomonasspp.）和欧文氏菌属（Erwinia spp.）病原菌的生长17、显著降低冬枣的自然腐烂率和病变扩张速率18-19、降低土壤NH3挥发损失20及改善绿化带根际土壤微生物群落结构和组成21。然而，壳聚糖属于糖类化合物，作为化学防治剂使用会导致防控效果不够稳定22，但通过修饰改性或与其他材料复合可改善其性能23。腐殖酸是自然界中广泛存在的大分子有机物质，对引发植物土传病害的一些病原真菌具有抑制作用24，对土壤微生物群落能够进行正向调控25。但腐殖酸单独施用抑菌效果较低，而作为辅助剂常具有更好的作用效果26。因此，将腐殖酸作为辅助剂与壳聚糖联合施用，理论上能取得更好的防治效果，但目前关于腐殖酸作为辅助剂促进壳聚糖防治效果的研究还尚未被报道。本研究通过土壤培育试验，研究腐殖酸与壳聚糖配施对设施番茄青枯病病害土壤中细菌群落的调控机制，以期提高生物改良剂在实际农业生产中对土传病原菌的防治效果，促进现代农业的可持续发展。1材料与方法1.1 试验材料与土壤样品供试壳聚糖购于上海麦克林生化有限公司，分子式为（C6H11NO4）n，黏度为 100200 mPas，密度为1.75 gcm-3。供试腐殖酸提取于猪粪中：将风干后的猪粪筛分为粒径小于0.425 mm的粉末，用饱和KOH-CH3CH2OH 溶液在固液萃取比（m/V）为 1 20的条件下，对猪粪溶液进行振荡、离心（4 500 rmin-1，10min）、过滤、旋转蒸发和酸沉淀（用HCl溶液将pH降低为12），然后将提取液在KOH溶液中重新溶解，用氢氟酸和蒸馏水洗涤，最后经冻干（EYELA FDU-1200，日本）获得用于土壤培育试验的腐殖酸粉样。供试土壤采集于江苏省南京市华成蔬菜专业合作社，该合作社位于南京市溧水区乌飞塘村（1190015E，313026N），属亚热带季风气候区，年平均气温16.4，年平均相对湿度76%，年平均降水量1 204mm，年平均雨日123 d，年平均日照1 980 h，每年6月中下旬到7月上旬为梅雨季节。土壤基本理化性状为：pH 6.47，全氮 1.88 gkg-1，全磷 1.90 gkg-1，全钾11.40 gkg-1，碱解氮 124.12 mgkg-1，有效磷 479.05mgkg-1，速效钾371.10 mgkg-1，交换性酸0.19 cmolkg-1，可溶性盐6.09 gkg-1。采集田块种植了3 a以上的番茄，前茬发青枯病。采集样品时在选择的每株发病番茄植株周围采集3个样点，移除表面的植物碎屑和岩石块，收集020 cm 的表层土壤，土样混合均匀带回实验室，自然风干后过2 mm筛备用。1.2 试验设计土壤培育试验在26 的恒温培养箱中进行，采用随机完全区组设计，共设置空白对照（CK）、单独添加腐殖酸（HA）、单独添加壳聚糖（CHI）和腐殖酸与壳聚糖配施（HC）4个处理，每个处理设置5个重复。于100 mL塑料瓶中培育100 g风干土，腐殖酸和壳聚糖单施及配施的添加量均为0.05 gkg-1和0.2 gkg-1。调节土壤含水量为饱和含水量的 40%，每周补水两次，培育10周后取样。