különböző

  • elemeket
  • absztrakt
  • bevezetés
  • az eredmény
  • A mikrobiális közösség összetétele
  • Bakteriális és gombás α-sokféleség
  • A talaj kémiai tulajdonságai és hatása a bakteriális vagy gombás taxonokra
  • vita
  • mód
  • Mintavételi pontok
  • Az Illumina MiSeq DNS kivonása és szekvenálása
  • Szekvenciaelemzés az OTU alapján
  • A talaj fizikai-kémiai tulajdonságainak meghatározása
  • Statisztikai elemzések
  • További részletek
  • További információ
  • PDF fájlok
  • További információ
  • Hozzászólások

elemeket

absztrakt

A fekete bors (Piper nigrum L.), a Piperaceae családból származik, egy évelő fás hegymászó növény, amely kereskedelmi forgalomban kapható "fekete bors" néven ismert termékeket 1, 2. A "fűszerek királyának" tekintett fekete bors széles körű felhasználási lehetőségekkel rendelkezik, az egyszerű élelmiszer-összetevőktől kezdve a kényszerítő farmakológiai előnyökig 3, 4. Az üzem számos trópusi országban nagy gazdasági jelentőséggel bír, Vietnamban, Indiában, Indonéziában, Brazíliában és Kínában pedig a fekete bors alapanyagainak fő gyártói és exportőrei5. Hainan tartomány, Kína fő termelője és exportőre, 22 000 hektár P. nigrum-ot termeszt, és évente 3,6 × 107 kg szárított fűszert termel, ami Kínában a borstermelés 90% -át teszi ki. Ez egy fontos trópusi növény-ipar Kínában, termelése meghaladja a 15 millió dollárt 6 .

Az ezt követő monokulturális kérdések azonban a fő szereplők közé tartoznak, amelyek befolyásolják a fekete bors termelékenységét és minőségét Kínában 7, 8. Noha az egymást követő művelés a mezőgazdasági termelésben általános, olyan problémákat okozhat, mint a talaj minőségének romlása 9, a csökkent terméshozam 10 és a növénykártevők által súlyosbított növénybetegségek 11. Ha a fekete borsról van szó, a hosszú távú monokultúra gyenge növekedést, alacsony hozamokat és súlyos betegségeket eredményez, ami komolyan hátráltatja a fekete bors ipart. Számos tanulmány készült a fekete paprikával kapcsolatos későbbi monokulturális problémákról, különös tekintettel a gyümölcs minőségére 12, a talaj táplálkozására és a fizikai-kémiai tulajdonságokra 13, 14 .

Lassú bomlás/hervadás, Phytophthora lábrothadás és gyökércsomós fonálférgek a fekete bors fő betegségei. Ez a három típusú betegség előfordul és gyakrabban fordul elő azokon a mezőkön, ahol 5, 7 monokultúrás fekete bors van. A fuzáriumról a fekete bors lassú hanyatlása/hervadása 5 patogén gombájaként számolnak be, a Pseudomonas és a Bacillus pedig antagonista hatással bír a Phy ellen. Capsici fonálféreg 15 és gyökércsomó 16. Azonban a patogenikus Fusarium gomba, valamint a Pseudomonas és a Bacillus antagonista baktérium mennyiségének változását ültetéskorú fekete borsos talajban nem jelentették.

A talaj fizikai-kémiai tulajdonságai, különösen a talaj nitrogén (N) hozzáférhetősége és a talaj pH-értéke, nagy hatással vannak a talaj mikrobiális közösségének összetételére 23, 24. Korábbi tanulmányunk arról számolt be, hogy a hosszú távú, egymást követő fekete bors monokultúra a talaj pH-jának, szerves anyagainak (OM) és enzimatikus aktivitásának jelentős csökkenéséhez vezetett, ami a talaj baktériumtartalmának csökkenését eredményezte 25. Jelen tanulmányban a hosszú távú, egymást követő monokultúra baktérium- és gombaközösségek összetételére, valamint a rizoszférával és nem rizoszférával rendelkező talajok fizikai-kémiai tulajdonságainak összehasonlítására összpontosítottunk.

az eredmény

A mikrobiális közösség összetétele

Az értékek kiindulási minőségellenőrzés szerinti szűrését és a szingulett operatív taxonómiai egység (OTU) eltávolítását követően 24 mintából 1 477 241 szekvenciát kaptunk, amely 9665 baktérium OTU-t tartalmaz. A kiváló minőségű szekvenciák száma mintánként 36 084 és 89 822 között mozgott. Az összes mintában szereplő osztályozott szekvenciák 25 baktérium filillel voltak társítva, a fennmaradó szekvenciákat pedig nem osztályozták. Az uralkodó fila (átlagos relatív bőség [ARA]> 1%) az összes mintában Acidobacteriumok (23, 41%), Proteobacteriumok (18, 83%), Firmicutes (6, 75%), Chloroflexi (6, 37%), Verrucomicrobia (5, 57%), Actinobacteria (5, 57%) 3, 91%), Planctomycetes (3, 87%), Bacteroidetes (3, 09%) és Gemmatimonadetes (1, 09%) (Sla ábra). Ezenkívül Nitrospira, Armatimonadete, Cyanobacteria és WS3 a legtöbb talajban jelen volt, de viszonylag alacsony előfordulási gyakorisággal (ARA: 0,1-1%). További 12 ritka fili az ARA-hoz tartozott

A főbb baktériumok relatív mennyisége ( a ) és gomba ( b ) törzsek a talajban rizoszférával és nerhizoszférával négy egymást követő monokultúrás tartományban.

Teljes méretű kép

A 10 fő baktérium relatív ábrázolása ( a ) és gombák ( b ) a rizoszféra és a nem rizoszféra talajában négy egymást követő monokultúra-tartományban. A "12 év", "18 év", "28 év" és "38 év" négy egymást követő 12, 18, 28 és 38 éves monokultúrás tartományt jelent.

Teljes méretű kép

A nemzetség szintjén (2. ábra) a GP4 és GP6 nemzetségek magasabb RA-val rendelkeztek a rizoszférájú talajban, mint a rizoszféra nélküli talajban, míg a másik nyolc nemzetségben ellentétes tendencia figyelhető meg. A nem rizoszférikus talajban az RA Ktedonobacter az ültetés időtartamának növekedésével csökkent; Más nemzetségek RA-jai azonban nem mutattak nyilvánvaló variációs tendenciát. A gombákat tekintve a rizoszférikus talajban szinte az összes nemzetség tendenciája hasonló volt a rizoszférikus talajéval, kivéve az Aspergillust, amely a rizoszféra talajában csökkent és a rizoszférától mentes talajban növekedett.

Érdekes módon a patogén Fusarium gomba jelentősen megnőtt, mivel az ültetési idő meghosszabbodott mind a rizoszféra, mind a nem rizoszféra talajokban. Ezzel szemben a fekete bors növekedésének kedvező Pseudomonas és Bacillus jelentős csökkenést mutatott.

Bakteriális és gombás α-sokféleség

A mikrobaközösségek gazdagsági és diverzitási mutatóit az 1. táblázat mutatja. Az összes minta lefedettsége meghaladta a 96% -ot, ami azt jelzi, hogy a szekvenálás mélysége kielégítette kísérleteink igényeit. A gombák tekintetében a Shannon-index jelentős csökkenést mutatott ki a rizoszférával rendelkező és anélküli talajokban, mivel az ültetési idő meghosszabbodott. Különösen a talajban található gombák sokfélesége jelentősen csökkent a fekete bors termesztésének 38 éve után. A baktériumok esetében a talajbaktériumok gazdagsága és változatossága az ültetési idővel csökkent mind a rizoszféra, mind a rizoszféra talajokban, bár a Chao1 és Shannon indexek nem mutattak ki szignifikáns különbséget.

Asztal teljes méretben

A talaj kémiai tulajdonságai és hatása a bakteriális vagy gombás taxonokra

Amint a 2. táblázat mutatja, a talajban lévő OM-tartalom és a rendelkezésre álló K (AK) -tartalom jelentősen csökkent a monokultúra során a rizoszféra és a rizoszféra talaján. Mindkét talaj pH-jának változásai csökkenő tendenciával ingadoztak. Ezenkívül a rizoszférával rendelkező talajban a rendelkezésre álló N (AN) és elérhető P (AP) tartalom az idő múlásával növekedett, és a rizoszférával rendelkező talajban az AP értéke körülbelül tízszer nagyobb volt, mint a rizoszféra nélküli talajban.

Asztal teljes méretben

A talaj kémiai tulajdonságai, valamint a legelterjedtebb baktérium- és gombafilek száma alapján végzett Monte Carlo-tesztek azt mutatták, hogy a kiválasztott talajkémiai tulajdonságok szignifikánsan korreláltak a kiválasztott phyll variációival (P = 0,01). A redundancia-elemzés (RDA) azt mutatta, hogy az első és a második RDA-komponens az összes baktérium- és gombaváltozás 52, 76% -át és 30, 27% -át magyarázta (3. ábra). A baktériumok esetében az első komponens (RDA1), amely a teljes variáció 37,57% -át magyarázta, különálló ültetési időtartamú négy mezei parcellából származó rizoszférából nyert rizoszférából származó talajmintákat különített el a rizoszféra nélküli talajmintákból. Mint közeli klasztereik és vektoraik mutatják, a rizoszféra talajmintákban a domináns baktériumtörzs a Proteobacterium volt, és összefüggésben volt az AP, pH, OM és AN tartalommal, míg a rizoszférától mentes talajban a domináns baktérium törzs Acidobacterium volt. A gombák tekintetében az első komponens (RDA1), amely a gomba teljes variációjának 15,65% -át tette ki, 38 éves kortól elválasztotta a talajmintákat a rizoszférától, a nem rizoszférát pedig a többi mintától. Amint azt szoros csoportosulásuk és vektoraik mutatják, a 38 éves kezelés során a legmagasabb gombatörzs az Ascomycota volt, és az AN-tartalommal társult.

Bőséges talajbaktériumok redundancia-analízise (RDA) ( a ) és gombás ( b ) a talaj ph és fizikai-kémiai tulajdonságai négy egymást követő monokultúra egyedmintáihoz fekete borsmezőkön. A "12 év", "18 év", "28 év" és "38 év" négy egymást követő 12, 18, 28 és 38 éves monokultúrás tartományt jelent.

Teljes méretű kép

Spearman sorrend szerinti sorrendjét használtuk a bőséges filitek és a talaj fizikai-kémiai tulajdonságai közötti összefüggések értékelésére (S1. Táblázat). Az eredmények a talaj mikrobiális filozófiájának és a talaj fizikai-kémiai tulajdonságainak különböző összefüggéseit mutatták ki a rizoszférával és a nem rizoszférával rendelkező talajokban. Például egy rizoszférától mentes talajmikrobiális phyll RA-ja negatívan korrelált (a Firmicutes phylum pozitívan korrelált) a talaj pH-jával, de nem volt szignifikáns korreláció az AP-vel. Ezzel szemben a rizoszféra talajokban nem volt szignifikáns korreláció a pH-val és pozitív korreláció az AP-vel.

vita

Ebben a tanulmányban a 16S rRNS és az ITS szekvenciák Illumina MiSeq szekvencia elemzése feltárta, hogy a hosszú távú, egymást követő fekete bors monokópiák megváltoztatták a talaj mikrobiális közösségének szerkezetét. A baktériumok esetében megfigyelt változások összhangban voltak korábbi eredményeinkkel, amelyek azt mutatják, hogy az Acidobacteriumok és a Proteobacteriumok a fő fülek, a hosszú távú folyamatos tenyésztés során csökkent a Firmicutes száma 25. A nem roszposzférás talajokban az RA savas baktériumai folyamatos ültetéssel jelentősen megnőttek, míg a Bacteroidetes és a Firmicutes csökkent. E három phyllosa változásai összhangban voltak az egymást követő növények korábbi kutatásával 26. A gombákat tekintve az Ascomycota volt a leggyakoribb törzs, 89,92% -ot tett ki, RA-ja az ültetési idővel jelentősen megnőtt. Rhizosphera talajban az öt legfontosabb filinek RA fokozatosan növekedett. Az RA Chytridiomycota RA azonban kissé csökkent a rizoszférájú talajban, míg a másik négy filmet RA megnövekedett. Ezen túlmenően a rizoszféra talaján a Shannon-index jelentős csökkenését figyelték meg a 38 éves területen, ami arra utal, hogy a hosszú távú későbbi művelés jelentősen csökkentheti a gomba sokféleségét a fekete bors talajban.

A rizoszféra talajok biológiai tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a 34 tömeges talajokétól, és hasonló jelenséget figyeltek meg ebben a tanulmányban. Először is, a fehérje baktériumok átlagos RA-ja a rizoszférikus talajban (RA 23, 55%) sokkal magasabb volt, mint a rizoszféra nélküli talaj átlagos RA-ja (RA 14, 11%). Másodszor, az RA Firmicutes szignifikánsan csökkent, 20, 31% -ról (12 év) 5,37% -ra (38 év) a rizoszféra nélküli talajban, de a talaj rizoszférában nem volt szignifikáns különbség. Végül, a nemzetség szintjén a legtöbb nemzetség RA-k eltértek a rizoszféra és a rizoszféra talajok között. Ezek az eredmények a gyökérváladékok, a tápanyagok és a talaj mikroorganizmusai közötti összetett kölcsönhatásoknak köszönhetők 35. Ezenkívül a talaj tápanyagainak biohasznosulása, valamint a mikrobaközösségek gazdagsága és sokfélesége magasabb volt a rizoszférájú talajokban, mint a rizoszféra nélküli talajokban. Összességében a későbbi feketebors monokultúra problémáinak megértése érdekében nagyobb figyelmet kell fordítani a talajban lévő tápanyagok, a gyökérváladék és a mikrobiális közösség közötti kölcsönhatásokra, különös tekintettel a gyökérváladékok funkciójára a rizoszféra talajában.

mód

Mintavételi pontok

A vizsgálatot a Fűszerek és Italok Kutatóintézetében végezték (É 18 ° 72 ′ - É 18 ° 76 ′, K 110 ° 19 ′ - K 110 ° 22 ′), Wanning City, Hainan tartomány, Kína. Ezt a területet trópusi monszun éghajlat jellemzi, átlaghőmérséklete 24,6 ° C, éves átlagos csapadékmennyiség 2150 mm, átlagos éves relatív páratartalom 85%.

Kísérleti talajmintákat vettünk 2015. július 15-én négy egymást követő (12, 18, 28, 38 és 38 év) monokulturális mező (fekete, 12, 18, 28 és 38 éves) fekete fekete fűszeréből (Piper nigrum L. cv. Reyin No. 1). fekete bors növényeket véletlenszerűen választottak ki minden fekete bors mezőre, és a három növény mindegyikéből véletlenszerűen vettek talajmintákat egy talajmintaként. Óvatosan ássa ki a csomókat a fekete bors gyökereivel minden növény esetében. A gyökerektől 1 cm-nél nagyobb talajt összegyűjtöttük és rizoszférától mentesnek tekintettük. Ezután ecsettel és csipesszel óvatosan távolítsa el a talajt a gyökerektől 5 mm-re. A gyökérszegmensekkel szomszédos talajt 1-5 mm távolságra a gyökérfelszíntől megráztuk és rizoszférájú talajként definiáltuk. Az összes talajmintát steril műanyag zacskókba tettük, jégdobozba helyeztük és a laboratóriumba helyeztük. 2 mm-es szitán való áthaladás után mindegyik mintát két részmintára osztottuk: az egyik részt levegőn szárítottuk a talajjellemzők elemzése céljából, a maradékot -80 ° C-on tároltuk a DNS kivonása céljából.

Az Illumina MiSeq DNS kivonása és szekvenálása

A teljes DNS-t 24 talajmintából extraháltuk a MoBio PowerSoil® DNS izoláló készlet segítségével (Mo Bio Laboratories Inc., Carlsbad, Kalifornia, USA) a gyártó utasításainak megfelelően. A genomi DNS-koncentrációt és tisztaságot NanoDrop ND-2000 spektrofotométerrel (NanoDrop Technologies, Wilmington, DE) mértük.

Az 515F (GTGCCAGCMGCCGCGGTAA) és a 806R (GGACTACVSGGGGTATCTAAT) primereket használtuk a bakteriális 16S rRNS gén V4 hiper-variábilis régióinak amplifikálásához. Az ITS1F (CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA) 36 és az ITS2 (GCTGCGTTCTTCATCGATGC) 37 gomba primereit az ITS1 régió célzásához választottuk ki. A polimeráz láncreakciót (PCR) a korábbi 23, 38 publikációnk szerint hajtottuk végre. Végül páros szekvenálást végeztünk egy Illumina MiSeq szekvenszerrel a Personal Biotechnology Co., Ltd. (Sanghaj, Kína) cégnél.

Szekvenciaelemzés az OTU alapján

Az OTU-alapú szekvenciaelemzést korábbi módszereink segítségével végeztük 38. Röviden, az adapterek és a primer szekvenciák eltávolítása után a nyers szekvenciákat minden mintához egyedi vonalkód szerint állítottuk össze a QIIME 39 segítségével. Az egyes minták szétválasztott szekvenciáit a FLASH V1.2.740 alkalmazásával egyesítettük, és az alacsony minőségű szekvenciákat QIIME-nál eldobtuk. Az egyes mintákhoz maradt szekvenciákat a kialakított UPARSE pipeline 41 szerint dolgoztuk fel. Röviden, a 0,5-nél kevesebb vagy 200 bp alatti minőségi pontszámú szekvenciákat eltávolítottuk. A szingulettek eltávolítása után a fennmaradó értékeket az OTU-hoz rendeltük 97% -os azonosság küszöbértékkel. Ezután kiméra eltávolítási eljárásokat hajtottunk végre. Végül a baktériumok reprezentatív szekvenciáit kerestük a 42, 43 RDP adatbázisokkal, és a gombákat reprezentáló OTU-kat az UNITE adatbázis 44 segítségével osztályoztuk. .

A talaj fizikai-kémiai tulajdonságainak meghatározása

A talaj fizikai-kémiai tulajdonságait ugyanúgy határoztuk meg, mint előző publikációnkban 23. Röviden, a talaj pH-ját üveg elektródmérővel mértük talaj-víz szuszpenzióban (1: 5 w/v). Az OM-t és az AN-t (hidrolizálható N) kálium-dikromát külső melegítésével határoztuk meg. Az AP-t molibdén-kék módszerrel határoztuk meg. Az AK-t lángfotometriával határoztuk meg.

Statisztikai elemzések

A lefedettséget, a gazdagságot (Chaol-index) és a változatosságot (Shannon-index) használtuk az egyes minták α-sokféleségének becslésére a Mothur (1.36.0 verzió) alkalmazásával. A bőséges talajmikrobiális villusok és a talajjellemzők közötti összefüggéseket az RDA határozta meg R vegán csomag (3.2.3 verzió) felhasználásával. Az egyirányú varianciaanalízist (ANOVA) Tukey multi-range HSD vizsgálataival többszörös összehasonlításra végeztük SPSS V20.0 (SPSS Inc., USA) segítségével, és a Spearman rang korrelációkat SPSS V20.0 (SPSS Inc., USA) segítségével számoltuk ). ).

További részletek

Hogyan lehet idézni ezt a cikket: Li, Z. és mtsai. A rizoszféra és a nem rizoszféra talajmikrobiális közösségeinek különböző reakciói a Piper nigrum L. Sci egymást követő monokultúráival. ismétlés. 6., 35825; doi: 10, 1038/srep35825 (2016).

További információ

PDF fájlok

További információ

Hozzászólások

Megjegyzés benyújtásával elfogadja az Általános Szerződési Feltételeinket és a közösségi irányelveket. Ha bármi sértőnek vagy összeegyeztethetetlennek tűnik a feltételeinkkel vagy irányelveinkkel, jelölje meg nem megfelelőként.