覆盖作物和作物种植顺序对玉米-大豆轮作系统中大豆健康及其相关根际微生物群落的长期影响

《Environmental Microbiome》：Legacy effects of cover cropping and crop phase on soybean health and associated rhizosphere microbiome in corn-soybean rotation

　　

摘要

背景

通过轮作或种植覆盖作物来实现作物多样化，被广泛认为是提高农业生态系统可持续性、改善土壤健康和抑制土传病害的重要策略。轮作作物或引入覆盖作物可以打断病原体的生命周期，改善养分循环，并促进有益微生物的生长。然而，多样化实践的结果往往较为复杂，受到土壤类型、作物种类和病原体压力的影响。评估覆盖作物和作物生长阶段对作物土传病害及根际微生物组的影响对于设计具有抗逆性的种植系统至关重要。

结果

本研究评估了覆盖作物和作物生长阶段对大豆根病及根际微生物组的长远影响。试验中，大豆植株在种植有或没有覆盖作物的玉米-大豆轮作田中生长，随后在培养箱中分别受到Fusarium graminearum病原体或大豆胞囊线虫（SCN）的感染。有覆盖作物历史的土壤显著减少了由F. graminearum引起的根腐病，但对SCN的影响有限，这表明两种病原体引发的病害反应存在差异。微生物分析显示，无论是否种植覆盖作物，F. graminearum病原体都强烈改变了细菌群落结构，降低了.Shannon多样性，同时富集了生长迅速的共养型细菌（如拟杆菌门属Pedobacter、Chitinophaga、Flavobacterium和Mucilaginibacter）及变形菌门属Dyella、Pseudomonas、Rhizobium和Paraburkholderia）。相比之下，SCN感染无论是否种植覆盖作物都会增加大豆生长阶段土壤中的细菌Shannon多样性，但会降低无覆盖作物的大豆土壤中的真菌Shannon多样性，这突显了病原体对微生物群落的特异性影响。覆盖作物在两种病原体压力下均增强了微生物的多样性，丰富了参与养分循环（如Chitinophaga和Mucilaginibater）、拮抗作用（如Flavobacterium、Streptomyces、Pseudonocardia和Nocardioides）以及竞争作用（如Paraburkholderia）的微生物类群。相关性分析进一步将特定的细菌和真菌属与病害抑制作用联系了起来。

结论

土传病原体和种植方式对根际微生物群落产生了相互关联且具有病原体和作物特异性的影响。覆盖作物为提高大豆系统中的微生物介导的病害抗性提供了有希望的策略，为基于微生物组的植物健康机制提供了生态学见解。

背景

通过轮作或种植覆盖作物来实现作物多样化，被广泛认为是提高农业生态系统可持续性、改善土壤健康和抑制土传病害的重要策略。轮作作物或引入覆盖作物可以打断病原体的生命周期，改善养分循环，并促进有益微生物的生长。然而，多样化实践的结果往往较为复杂，受到土壤类型、作物种类和病原体压力的影响。评估覆盖作物和作物生长阶段对作物土传病害及根际微生物组的影响对于设计具有抗逆性的种植系统至关重要。

结果

本研究评估了覆盖作物和作物生长阶段对大豆根病及根际微生物组的长远影响。试验中，大豆植株在种植有或没有覆盖作物的玉米-大豆轮作田中生长，随后在培养箱中分别受到Fusarium graminearum病原体或大豆胞囊线虫（SCN）的感染。有覆盖作物历史的土壤显著减少了由F. graminearum引起的根腐病，但对SCN的影响有限，这表明两种病原体引发的病害反应存在差异。微生物分析显示，F. graminearum病原体都强烈改变了细菌群落结构，降低了.Shannon多样性，同时富集了生长迅速的共养型细菌（如拟杆菌门属Pedobacter、Chitinophaga、Flavobacterium和Mucilaginibacter）及变形菌门属Dyella、Pseudomonas、Rhizobium和Paraburkholderia。相比之下，SCN感染无论是否种植覆盖作物都会增加大豆生长阶段土壤中的细菌Shannon多样性，但会降低无覆盖作物的大豆土壤中的真菌Shannon多样性，这突显了病原体对微生物群落的特异性影响。覆盖作物在两种病原体压力下均增强了微生物的多样性，丰富了参与养分循环（如Chitinophaga和Mucilaginibacter）、拮抗作用（如Flavobacterium、Streptomyces、Pseudonocardia和Nocardioides）以及竞争作用（如Paraburkholderia）的微生物类群。相关性分析进一步将特定的细菌和真菌属与病害抑制作用联系了起来。

结论

土传病原体和种植方式对根际微生物群落产生了相互关联且具有病原体和作物特异性的影响。覆盖作物为提高大豆系统中的微生物介导的病害抗性提供了有希望的策略，为基于微生物组的植物健康机制提供了生态学见解。