【派森诺项目文章】东北黑土地，施肥改善真菌群落！
发表期刊
《Applied Soil Ecology》
影响因子
2.786
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最近，派森诺生物与中国农业科学院农业资源与农业区划研究所联手，在《Applied Soil Ecology》（最新影响因子2.786）发表论文，以35年长期定位施肥的东北黑土土壤作为研究对象，探究不同施肥处理下，土壤理化性质和真菌群落结构的差异以及两者之间的联系。
研究背景
黑土是地球上较为珍贵的土壤资源，具有质地疏松、肥力高、供肥能力强等特点，是极其适合植物生长的不可再生资源。中国东北黑土带是世界著名的三大黑土带之一，土壤有机质含量高、养分丰富，是重要的商品粮基地，对国家粮食供应和食品安全起着举足轻重的作用，但长期过量不合理的施肥和耕作，导致了黑土农田质量日益退化。土壤微生物作为农田生态系统的重要组成部分，能够对长期肥料累积作用产生敏感而快速的响应，是评价土壤质量、土壤肥力和作物生产力的重要指标。因此，开展对黑土中微生物群落组成结构和丰度的研究，能为进一步揭示土壤微生物与生态环境间的响应机制，以及改进施肥和耕作制度提供依据。
研究目的
阐明东北黑土真菌群落特征，并解析长达35年轮作与施肥条件对土壤真菌丰度和群落结构的影响，探讨东北黑土真菌菌群变化与不同施肥处理间的相互关系，为进一步改良耕作制度与施肥方式提供依据。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组真菌ITS1区测序
实验对象：35年长期定位施肥的哈尔滨黑土农田土壤（该农田自从1980年开始进行小麦—玉米—大豆轮作）
实验设计：无机肥采用氮磷钾肥，有机肥采用马厩肥，以下处理各3个生物学重复。
组名 | 处理方式 |
CK | 不施肥 |
M | 只施用有机肥 |
NPK | 只施用无机肥 |
MNPK | 同时施用有机肥和无机肥 |
研究结果
1. 经过不同施肥处理的黑土的理化性质及大豆产量
实验结果表明，对于土壤各养分浓度及大豆产量，施肥组（M、NPK、MNPK）比不施肥组（CK）高，有机肥组（M、MNPK）又比无机肥组（NPK）要高；对于土壤PH值，无机肥的施用会降低土壤PH值，而有机肥的施用则会提高土壤PH值。
2. 不同处理间真菌群落丰度及其多样性分析
qPCR结果显示，NPK组每克土壤真菌ITS1区域基因拷贝数略高于MNPK组。皮尔森相关性分析结果表明，土壤真菌ITS1区域基因拷贝数与土壤有机质（OM）的浓度具有显著相关性。
对真菌ITS1区进行高通量测序，12个样品共得到553141条有效序列，OTU划分结果显示，MNPK组的OTU数显著大于NPK组。Shannon曲线结果表明，M、MNPK组的真菌菌群多样性高于NPK和CK组。而皮尔森相关性分析结果同时表明，土壤真菌菌群多样性主要由土壤中AP、TP、TN含量及土壤PH决定。
PCoA主坐标分析结果显示，在PC1-PC2主坐标图中，NPK组与MNPK组距离较近，而与其他两组距离相对较远，此结果表明，无机肥的施用使得黑土中真菌菌群组成结构与CK组有所差异；而在PC1-PC3主坐标图中，NPK组与其他三组距离较远，这表明有机肥的加入使得黑土中真菌菌群组成结构趋于正常，在一定程度上弥补了由无机肥的施用引起的真菌菌群组成结构的变化。
3. 不同处理组真菌群落结构
对不同处理组的高通量测序数据进行分析，分析结果显示，在门水平，Ascomycota、Zygomycota和Basidiomycota在各处理组中占比较高，其中占比最高的Ascomycota在MNPK中含量最高，在NPK中含量最低，而Zygomycota在NPK中含量比其他组都要高；在纲水平，Sordariomycetes、Dothideomycetes和Tremellomycetes在各处理组中占比较高，其中占比最高的Sordariomycetes在MNPK中含量最高，在NPK中含量最低，而Dothideomycetes在NPK中含量比MNPK高。
属水平分析结果显示，M、MNPK、CK组的优势属为Mortierella、Fusarium和Schizothecium，而NPK的优势属为Mortierella、Fusarium和Gibberella。Fusarium、Gibberella、Leptosphaerulina等病原菌在NPK组中的含量显著高于M、MNPK、CK组；而抗病菌Podospora的含量在MNPK中则远高于NPK。由此可知，有机肥的施用对土壤土传病害的抑制和预防具有积极作用。
4. 不同处理组土壤真菌菌群组成与土壤理化性质之间的关联性分析
在上述分析结果的基础上，还需要更进一步，考察真菌菌群和土壤理化性质的相关性。最典型的菌群——环境因素关联分析方法，就是RDA冗余分析了。结果显示，土壤各理化性质中，AP（可用磷，Available phosphorus）、OM（有机物，Organic matter）及土壤PH值能够对土壤真菌群落结构产生巨大影响。
总结
本文通过对中国东北地区黑土地进行不同施肥处理，发现无机肥可以降低土壤真菌菌群多样性，而有机肥反之，无机肥和有机肥配施可小幅提升真菌菌群多样性；无机肥会导致土壤中病原菌丰度增加，而有机肥的加入则会使病原菌丰度降低；不同施肥处理条件下，土壤中真菌群落结构的变化是通过改变土壤理化性质实现的。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引
Ding J, Jiang X, Guan D, et al. Influence of inorganic fertilizer and organic manure application on fungal communities in a long-term field experiment of Chinese Mollisols[J]. Applied Soil Ecology, 2017, 111: 114-122.
文案 微生物组事业部
派森诺生物
上海派森诺生物科技股份有限公司成立于2011年4月，总部坐落于上海市徐汇区聚科生物园区。派森诺生物是一家从事基因测序相关领域的科学研究与医学检测服务的高新技术企业，公司下设两家全资子公司：上海桑尼生物科技有限公司和上海派森诺医学检验所有限公司，经过多年的发展，公司已搭建了一代、二代、三代最完善的测序平台及生物信息分析平台，为客户提供包括高通量基因测序、临床医学基因检测、生物信息学服务、生物云计算、分子生物学实验、DNA合成等在内的一站式、全方位服务和系统解决方案。公司组建了国内一流水平的技术、研发、信息分析和管理团队，致力于成为国内领先的基因测序技术服务企业。
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