基于宏基因组和宏转录组学研究氯化苦熏蒸对土壤微生物群落结构及功能的影响

Soil borne disease is an important problem in agricultural production, chloropicrin soil fumigation is an efficient solution to solve the problem. But the influence of chloropicrin fumigation on soil microbial community structure and function are unclear. In this study, the typical diseased soil and healthy soil of suburbs of Beijing Strawberry protected fields were used as research subject. The project will firstly reveal the changes of soil microbial community structure based on metagenomic methods of high-throughput sequencing technologies; secondly, the advantaged soil microbial community during the rule of dynamic changes of microbial population will be clearly revealed using qRT-PCR technology; the metabolic pathways of advantaged function microorganism during soil fumigation process will be analysed based on metagenomics method; gene expression and regulation mechanism of advantaged functional microbial community will be finally revealed through metatranscriptomic analysis. This project will clearly explain the effect of chloropicrin fumigation on soil microbial community structure and functions, providing new theoretical basis for the scientific use of chloropicrin. There is an important guiding significance for the control of soilborne disease and the sustainable development of soil environmental health.

土传病害是农业生产上的重要问题，氯化苦土壤熏蒸消毒是目前解决保护地土传病害最为有效的方法之一，但氯化苦熏蒸对土壤微生物群落结构及功能的影响尚未清晰揭示。本研究拟选择京郊草莓保护地典型土传病害土壤和健康土壤为研究对象，首先采用高通量测序技术明确氯化苦熏蒸前后土壤及对照土壤微生物群落结构变化；其次采用qRT-PCR技术明确土壤熏蒸过程中优势功能微生物种群动态变化规律；再次运用宏基因组学方法揭示土壤熏蒸过程中优势功能微生物的代谢途径；最后通过宏转录组学方法解析熏蒸过程中土壤优势功能微生物原位表达能力，明确功能基因表达差异。本项目将清晰阐释氯化苦熏蒸过程中土壤微生物群落结构演替规律及功能基因转录水平的微观变化，为土传病害的有效防控及氯化苦科学使用奠定理论基础，对保障保护地土壤微生态健康及可持续发展具有重要指导意义。

土传病害是农业生产上的重要问题，采用氯化苦等土壤熏蒸剂进行种植前土壤消毒是目前解决保护地土传病害最为有效的方法之一。本研究选择京郊草莓保护地典型土传病害土壤和健康土壤为研究对象，首先采用氯化苦等熏蒸剂进行种植前土壤消毒，明确了室内及田间熏蒸消毒对土壤中病原真菌、细菌均有很好的防控效果，促进作物生长并提高果实产量和品质；然后采用高通量测序技术明确氯化苦熏蒸前后土壤及对照土壤微生物群落结构变化，研究结果表明氯化苦熏蒸在一定程度上能够影响土壤中与土传病害控制有关的有益细菌和真菌的相对丰度，优化土壤微生物群落结构。氯化苦熏蒸处理对土壤细菌和真菌群落的多样性和丰富度有显著影响，在熏后对多数病原菌仍有较强烈的抑制作用；采用qRT-PCR技术明确土壤熏蒸过程中优势功能微生物的变化，荧光定量PCR的结果表明，三个大棚中熏蒸土壤和无熏蒸土壤中的细菌和真菌差异均有波动，氯化苦熏蒸的土壤中，AOB和AOA的数量均显著低于无熏蒸的土壤，这说明氯化苦熏蒸显著减少土壤中AOB和AOA的数量；宏基因组学和宏转录组学方法揭示土壤熏蒸过程中优势功能微生物的基因表达差异，结果表明熏蒸后具有碳和脂质转运和代谢功能的微生物占比增加，在77天内没有恢复。同时研究了氯化苦熏蒸对农田土壤磷素，细菌，真菌和编码碱性磷酸酶phoD基因微生物群落的影响。结果表明，氯化苦熏蒸短期内显著提高了两种土壤中有效磷、淋溶磷和高活性磷形态（水、NaHCO3和NaOH提取态无机磷）含量，而土壤ALP活性和phoD基因丰度却显著下降。本项目清晰阐释了氯化苦熏蒸过程中土壤微生物群落结构演替规律及功能基因转录水平的微观变化，为土传病害的有效防控及氯化苦科学使用奠定理论基础，对保障保护地土壤微生态健康及可持续发展具有重要指导意义。