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1、三种前茬作物通过调节土壤性质和根际微生物群落提高连作大白菜的产量并抑制根瘤病ThreePrecedingCropsIncreasedtheYieldofandInhibitedClubrootDiseaseinContinuouslyMonocroppedChineseCabbagebyRegulatingtheSoilPropertiesandRhizosphereMicrobialCommunity目录目录ContentContent1介绍2材料与方法3结果4讨论5结论Part 1介绍由铜绿疟原虫铜绿疟原虫引起的一种严重的土传病害，威胁着十字花科植物的生产。种植前茬作物种植前茬作物作物通过
2、中断病原、化感物质循环、拮抗微生物、根系分泌物和残留物增加土壤碳含量以增加土壤微生物生物量和活性等机制，不同作物对不同土传病害的抑制作用不同。土壤的理化性质土壤的理化性质土壤类型、容重、含水量、pH、有机质含量、钙、硅、硼离子浓度均影响休眠孢子的繁殖或根瘤病的发生。1 介绍本试验研究了不同前茬作物和大白菜轮作对大白菜生长、病害发生、土壤化学性质和微生物的影响。我们推测轮作可以改善土壤环境，促进植物生长，减轻根瘤病对大白菜的影响。根瘤病生态方法防治作物的生长发育Part 2材料与方法2018-2019年，在哈尔滨市阿城区白城村田间进行了试验。在这个区位，春季种植大蒜、秋季种植大白菜的耕作模式重复
3、了30多年，10年来根瘤病发病严重。土壤为砂壤土；pH6.43；电导率(EC)为0.398ms/cm；土壤有机质(SOM)为 3.07%；碱解氮(AN)为 130.41mgkg1；速效磷(AP)为125.25mgkg1；速效钾(AK)为622.50mgkg1；全氮(TN)为2.51%；土壤中油菜休眠孢子含量为每克1.95105。2.1 土壤和植物准备品种为“东农123”大白菜大豆大蒜小麦洋葱品种为“盖梁东白1号”品种为M29品种为B101阿城本地紫皮大蒜2.1 土壤和植物准备实验于2018年4月至2019年10月进行，连续重复两年。试验随机设计，每个处理3个重复，每个处理区为5垄(3m7m)。
4、硫酸钾复合肥和磷酸氢二铵作为播种前底肥。试验共设大豆轮作、马铃薯洋葱、小麦和大蒜轮作4个处理作为对照：（1）大豆大白菜(B)；（2）马铃薯、洋葱、大白菜(O)；（3）小麦大白菜(W)；（4）大蒜大白菜(CK)。马铃薯、洋葱、小麦和大蒜在4月5日至10日种植，大豆在4月28日左右种植。前茬收获后，大白菜于7月23日左右播种，行距50厘米50厘米，10月5日左右收获。实验设计2.2 实验设计土壤收集土壤化学性质测定DNA提取与定量PCR土壤微生物多样性分析2.3 后续实验内容生长和病害测定Part 3结果图一 不同前茬对大白菜产量(A)和地上干重(B)的影响3.1 不同前茬作物对大白菜生长的影响结
5、论：三个处理的大白菜产量均比对照提高。马铃薯、洋葱、大白菜和小麦、大白菜处理的大白菜产量和地上干重在两年内均显著高于对照。此外，2019年大白菜地上干重总体低于2018年(P0.05)。CK代表大白菜连作；B、O和W分别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦的轮作。不同字母差异显著；结果进行年度内统计分析(P0.05）。图二 大白菜种植40d病情指数3.2 不同前茬作物对大白菜根瘤病发病的影响结论：在连续两年中，三个处理的根瘤病病情指数在大白菜播种后40d显著低于对照；马铃薯洋葱轮作病情指数最低(P0.05)。CK代表大白菜连作；B、O和W分别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作。不同字母差异显著；结果进行
6、年度内统计分析(P0.05）。表1 不同前茬作物对土壤化学性质的影响3.3 不同前茬作物对土壤性质的影响结论：与对照相比，三种轮作显著提高土壤pH值，降低EC值(P0.05)。2018年小麦轮作显著提高了土壤全氮含量，降低了速效钾含量(P0.05)。2019年前茬作物均降低速效钾含量(P0.05)。CK代表大白菜连作；B、O和W分别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作。不同字母差异显著；结果进行年度内统计分析(P0.05）。图三 前茬作物收获后休眠孢子的浓度3.4 不同前茬作物对休眠孢子的影响结论：前茬播种60天后，2018年和2019年的休眠孢子含量明显低于对照。CK代表大白菜连作；B、O和W分
7、别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作。不同字母差异显著；结果进行年度内统计分析(P0.05）。图四(A)土壤细菌的OTU数和Shannon指数3.5 土壤细菌和真菌群落的和多样性结论：马铃薯洋葱轮作处理前茬作物收获后可观察到的细菌OTU数和Shannon指数显著高于对照和其他处理(P0.05)，且3个处理的细菌Shannon指数均明显高于对照，说明3个处理，尤其是马铃薯洋葱，在种植过程中与对照相比，可增加细菌群落的数量和多样性。Otus的序列相似性为97%。CK代表大白菜连作；B、O和W分别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作。图四(B)土壤真菌的OTU数和Shannon指数3.5 土壤细菌和真菌群
8、落的和多样性结论：与对照相比，三个处理均显著降低了土壤中的真菌数量(P1%的有10个门。与对照相比，马铃薯、洋葱、大豆和小麦轮作处理的变形菌门(Proteobacteria)相对丰度较低(p 0.05)，而叶绿体门(Chloroflexi)相对丰度较高(P0.05)。马铃薯、洋葱和小麦处理的酸杆菌（Acidobacteria）相对丰度显著高于对照(P0.1%。优势门为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota），总丰度85%。三个轮作处理中担子菌的相对丰度均低于对照，但差异不显著(P0.05)。图五C、D 细菌(C)和真菌(D)的Venn图3.6 土壤细菌和真菌群落
9、组成结论：在所有样品中，马铃薯洋葱轮作的细菌数量最多(1572个)，对照最少（350个）。真菌中，对照最多（216个），大豆轮作最少（78个）。Venn图显示了在97%的相似度下观察到的共享和唯一OTUs的数量 CK代表大白菜连作；B、O和W分别代表大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作。图六 不同处理土壤细菌(A)和真菌(B)的群落组成3.6 土壤细菌和真菌群落组成对于图六，数字表示如下1：CK1、2：CK2、3：CK3；4：B1、5：B2、6：B3；7：O1、8：O2、9：O3；10：W1、11：W2、12：W3。13-22分别代表不同菌属。表2 土壤中优势细菌类的相对丰度3.6 土壤细菌和真菌群落
10、组成根据图六A及表2可以得知，细菌群落相对丰度为 1%的有16个类。与其他处理相比，对照中Alphaproteobacteria最高，而Deltaproteobacteria和Acidimicrobiia较低。大豆(B)和小麦(W)处理的放线菌(Actinobacteria)的相对丰度低于对照。与对照相比，大豆轮作亲热菌(Thermoleophilia)相对丰度较高，马铃薯洋葱(O)轮作亲热菌相对丰度较低(p 1%的有5个类。3种轮作处理中Sordariomyetes的丰度均高于对照，而Agaricomyetes、Eurotiomyetes和Leotiomyetes的丰度均低于对照(p 0.0
11、5)。表4 土壤中优势细菌属的相对丰度3.6 土壤细菌和真菌群落组成根据表4可以得知，马铃薯、洋葱(O)和小麦(W)轮作的RB41相对丰度高于对照;大豆(B)和马铃薯(O)轮作比对照组的Pirellula相对丰度更高。与对照相比，大豆(B)轮作处理的溶菌菌属（Lysobacter）相对丰度较高，苔藓杆菌属(Bryobacter)和黄体单胞菌属(Luteimonas)相对丰度较低。小麦轮作(W)提高了牛壳杆菌属(Chthoniobacter)的相对丰度，诺卡菌属(Nocardioides)和黄体单胞菌属(Luteimonas)的相对丰度较低(p 0.05)。表5 土壤中优势真菌种类的相对丰度3.
12、6 土壤细菌和真菌群落组成根据表5可以得知，真菌属群落相对丰度0.5%的有10个属;优势属为镰刀菌属(Fusarium)和绿蕨属(Cladorrhinum)，与对照相比，大豆(B)轮作显著提高了绿蕨属(Cladorrhinum)的相对丰度;马铃薯、洋葱轮作(O)和小麦(W)轮作显著降低了Conocybe的相对丰度(p 0.05)。图七 前茬作物收获期间土壤总细菌(A)和真菌(B)群落结构的冗余分析(RDA)3.7 土壤微生物群落与土壤化学性质的关系结果表明：细菌群落结构变化与土壤pH值、EC、速效钾和速效氮有关；土壤pH值和速效钾是引起土壤真菌群落结构变化的主导因子。AK和AN分别代表速效钾和
13、速效氮，CK代表大白菜连作，B、O、W分别代表大豆、洋葱和小麦轮作。利用冗余分析(RDA)分析了不同处理间细菌和真菌群落结构变化与环境因子的关系。图八 不同处理土壤细菌功能预测（层次1）3.8 土壤微生物生态协会在主要的细菌代谢途径中，对照组的人类疾病相对丰度最低。大豆轮作的新陈代谢相对丰度最低，而机体系统和遗传信息处理相对丰度高于对照组。与对照组相比，大豆和小麦轮作显著增加了细胞过程的相对丰度(P0.05)。细菌的主要功能层有新陈代谢、环境信息处理、遗传信息处理、细胞过程、人类疾病和机体系统等六类。图九 不同处理土壤真菌功能预测（层次1）3.8 土壤微生物生态协会在原生真菌生态功能方面，马铃
14、薯、洋葱和小麦轮作的病原菌和病原菌-腐生菌-共生菌的相对丰度均低于对照；与对照相比，大豆轮作病原-腐殖质相对丰度较高，马铃薯洋葱轮作腐殖质相对丰度较高，小麦轮作具有较高的共生性(P0.5%的OTUs与休眠孢子Pearson相关(P0.05)。与休眠孢子有关的细菌有11个。Otu 1、Otu 3、Otu 17、Otu 25、Otu 63、Otu 92与休眠孢子呈极显著正相关(P0.01),Otu 8、Otu 11与休眠孢子呈显著正相关。Otu 39与休眠孢子呈极显著负相关(P0.05)。Otu9与休眠孢子呈显著负相关(P0.5%的OTUs与休眠孢子进行Pearson相关分析。“*”和“*”分别代
15、表0.05和0.01概率水平的显著差异。表7 休眠孢子与土壤真菌OTUs的相关性分析 3.9 休眠孢子与土壤微生物的相关性分析结果表明，对真菌来说，有4个菌种与休眠孢子有相关性。Otu9、Otu15、Otu27与休眠孢子呈极显著正相关(P0.01)。Otu31与休眠孢子呈显著相关(P0.05)。“*”和“*”分别代表0.05和0.01概率水平的显著差异。Part 4讨论环境条件在前茬作物种植和收获后，创造了更有利于大白菜生长的环境条件。根系分泌物马铃薯洋葱根系分泌物促进番茄生长，提高光合作用；化感作用 例如，野生芥菜分泌的化感物质可以促进花椰菜的生长，提高产量；4.1 轮作对大白菜生长的影响研
16、研究究发现，在在本本试验条条件件下下，与与大大蒜蒜轮作作相相比比，其其他他三三组轮作作连续两两年年都都提提高高了了大大白菜的白菜的产量。量。钾含量随根瘤病的加重而增加，这可能是由于十字花科植物破坏了大白菜的皮层和柱体，阻碍了根系对土壤养分的吸收和利用。而大豆、马铃薯、洋葱和小麦轮作处理显著降低了土壤的钾含量。1大白菜适宜pH值为6.57.0；轮作提高了土壤pH值，促进了大白菜的生长。2轮 作 可 以 改 善 土 壤 养 分，提 高 养 分 利 用 效 率，促 进 作 物 生 长。4.2 轮作对土壤化学性质的影响4.3 轮作对土壤微生物群落的影响土 壤 微 生 物 是 土 壤 肥 力 的 重 要
17、 组 成 部 分，参 与 有 机 碳 分 解、腐 殖 质 形 成 以及 土 壤 养 分 转 化 和 循 环。一般而言，土壤肥力与土壤微生物群落结构中真菌含量少、细菌含量多呈正相关。我们的研究发现，大豆，马铃薯洋葱和小麦可以增加土壤细菌的丰富度和多样性，并降低真菌的丰富度和多样性。1轮作可以在一定程度上增加作物多样性和有机碳输入。多样化的碳源能够支持多样化的微生物群体的生长和繁殖，增加土壤细菌的多样性。2试验结果表明，与对照相比，三种轮作均显著降低了土壤中休眠孢子的含量，降低了大白菜的发病率和发病指数。1前茬作物引起土壤微生物的变化，改变了土壤的生态环境，增强了植物对病原微生物的抗性。2土壤传播病害的发生是作物与土壤系统相互作用的综合表现。4.4 轮作对大白菜根瘤病的影响Part 5结论01与对照相比，马铃薯洋葱、豆类、小麦轮作显著降低根瘤病指数，促进大白菜生长，提高大白菜产量，改善土壤化学成分。02轮作降低了土壤中病原菌的含量，增加了土壤中细菌的丰富度和多样性，并降低了真菌的丰富度和多样性。03本试验表明，非十字花科前茬作物与十字花科作物轮作是提高农业可持续发展的重要策略。04还需要进一步研究轮作对土壤病原体和其他微生物的长期影响以及轮作背后具体的抑病机制。5 结论总体来看，不同的轮作对植物和土壤的影响是不同的。Thanks 敬请指正