東北地理所在連作土壤古菌群落與作物產(chǎn)量關(guān)系研究中取得進(jìn)展
黑龍江省是我國大豆的主產(chǎn)區(qū)，我省“擴(kuò)種大豆”工作方案提出2022年黑龍江省新增大豆種植面積1000萬畝，為此對大豆產(chǎn)量的實際需求導(dǎo)致東北地區(qū)大豆連作現(xiàn)象有所加重。已有研究證實，土壤生物特征是決定大豆連作障礙發(fā)生與否的主要因素。然而，目前關(guān)于大豆連作是否會影響土壤古菌群落組成，以及土壤古菌群落變化特征和作物產(chǎn)量間的互作關(guān)系如何仍然沒有定論。
為此，東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組科研人員基于大豆短期連作（3年和5年）、長期連作（13年）及大豆-玉米輪作處理，采用高通量測序技術(shù)系統(tǒng)研究了根際和非根際土壤古菌群落的豐度、多樣性和組成特征，結(jié)合細(xì)菌和真菌群落對微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和微生物抗性進(jìn)行綜合分析，以闡明連作下土壤微生物群落變化與作物產(chǎn)量間的互作關(guān)系。
研究發(fā)現(xiàn)相比短期連作，長期連作和輪作處理顯著增加了古菌的豐度，但降低了古菌群落多樣性（圖1）。此外，與短期連作相比，長期連作顯著降低了網(wǎng)絡(luò)中潛在植物病原菌的相對豐度，增加了微生物抗性。微生物抗性指數(shù)與潛在病原菌的相對豐度顯著負(fù)相關(guān)，而與大豆產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。微生物網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)森林模型分析結(jié)果顯示，盡管古菌類群不屬于微生物網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，但其對土壤微生物抗性的貢獻(xiàn)要大于細(xì)菌和真菌群落。本項研究揭示了高抗性的微生物群落可以通過調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分和植物病原菌的相對豐度，從而間接地影響大豆產(chǎn)量（圖2）。
圖1大豆連作土壤古菌豐度、多樣性及群落結(jié)構(gòu)組成
圖2土壤微生物抗性指數(shù)對土壤養(yǎng)分、潛在植物病原菌豐度和大豆產(chǎn)量的影響
研究成果近期發(fā)表在國際期刊Science of the Total Environment上。博士研究生劉株秀為論文的第一作者，劉俊杰研究員為通訊作者。研究得到了中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃項目（ZDBS-LY DQC017），國家自然科學(xué)基金（42177105）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDA28070302）的資助。
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