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玉米与花生间作下根际细菌群落结构与PICRUSt功能预测分析

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生态学报 2023年

作者：吴林坤李奇松李倩方媛蔡思思林文雄福建省农业生态过程与安全监控重点实验室福建农林大学生命科学学院武夷学院茶与食品学院

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切。故本研究将玉米与花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式:塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花... 详细信息

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切。故本研究将玉米与花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式:塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花生)、无分隔处理(即无隔玉米与无隔花生),采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术及PICRUSt功能预测分析不同模式下二者根际细菌群落结构与功能类群的变化,以期从土壤微生物组角度阐明玉米/花生间作产量优势形成的内在机制。结果显示:玉米/花生间作明显改变了二者根际细菌群落结构,无隔、网隔玉米的根际细菌群落结构更为相似并区别于全隔玉米,而网隔花生根际细菌群落结构明显区别于无隔、全隔花生。而且,无隔、网隔玉米根际放线菌门的相对丰度显著高于全隔玉米,网隔花生根际放线菌门、厚壁菌门的相对丰度显著高于全隔、无隔花生,而芽单胞菌门呈现相反的变化趋势。在玉米和花生根际,无隔、网隔处理高于全隔处理的OTU也均主要注释为放线菌门。共存网络分析发现,作为玉米根际细菌网络重要节点的Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter、Bacillus等菌属其丰度变化表现为无隔、网隔处理高于全隔处理;类似地,花生根际Streptomyces、Acctinomadura、Arthrobacter等重要节点也呈现网隔处理高于无隔、全隔处理的变化趋势。最后,PICRUSt功能预测分析发现,玉米/花生间作显著提高了膜转运、碳水化合物代谢等功能类的相对丰度而降低了复制与修复等功能类的相对丰度。综上可见,玉米/花生间作选择塑造了二者的根际细菌群落结构,增加了特定潜在有益菌群的丰度,改善了根际微生态环境与功能,进而促进间作下产量优势的形成。

关键词：玉米/花生间作高通量测序根际细菌群落共存网络功能预测

玉米和花生间作根际细菌群落结构与PICRUSt的功能预测

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生态学报 2023年第18期43卷 7485-7496页

作者：吴林坤李奇松李倩方媛蔡思思林文雄福建农林大学生命科学学院福州350002 福建省农业生态过程与安全监控重点实验室福州350002 武夷学院茶与食品学院武夷山354300

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切。将玉米和花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式:塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花生)、无... 详细信息

禾本科/豆科作物间作能够促进作物生长与产量形成,而根际微生物组被认为与间作产量优势形成关系密切。将玉米和花生进行盆栽间作并设置以下三种根系分隔方式:塑料膜分隔(即全隔玉米与全隔花生)、尼龙网分隔(即网隔玉米与网隔花生)、无分隔处理(即无隔玉米与无隔花生),采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术及PICRUSt功能预测分析不同模式下二者根际细菌群落结构与功能类群的变化,以期从土壤微生物组角度阐明玉米/花生间作产量优势形成的内在机制。结果显示:玉米/花生间作明显改变了二者根际细菌群落结构,无隔、网隔玉米的根际细菌群落结构更为相似并区别于全隔玉米,而网隔花生根际细菌群落结构明显区别于无隔、全隔花生。而且,无隔、网隔玉米根际放线菌门的相对丰度显著高于全隔玉米,网隔花生根际放线菌门、厚壁菌门的相对丰度显著高于全隔、无隔花生,而芽单胞菌门呈现相反的变化趋势。在玉米和花生根际,无隔、网隔处理高于全隔处理的OTU也均主要注释为放线菌门。共存网络分析发现,作为玉米根际细菌网络重要节点的Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter、Bacillus等菌属其丰度变化表现为无隔、网隔处理高于全隔处理;类似地,花生根际Streptomyces、Actinomadura、Arthrobacter等重要节点也呈现网隔处理高于无隔、全隔处理的变化趋势。最后,PICRUSt功能预测分析发现,玉米/花生间作显著提高了膜转运、碳水化合物代谢等功能类的相对丰度而降低了复制与修复等功能类的相对丰度。综上可见,玉米/花生间作选择塑造了二者的根际细菌群落结构,增加了特定潜在有益菌群的丰度,改善了根际微生态环境与功能,进而促进间作下产量优势的形成。

关键词：玉米/花生间作高通量测序根际细菌群落共存网络功能预测

基于流式细胞术和基因组Survey测定牛膝基因组大小

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分子植物育种 2022年

作者：刘亚洲贾海凤刘叶曾春丽吴林坤方长旬林文雄福建农林大学生命科学学院福建省农业生态过程与安全监控重点实验室福建农林大学海峡联合研究院基因组与生物技术研究中心福建农林大学农学院

牛膝(Achyranthes bidentata Blume)是中国传统的中药材，主要用于强筋骨补肝肾等。牛膝主产区是河南焦作，具有较高的药用价值和经济价值。牛膝还具有耐连作特性，推测与基因组中的基因簇合成特有的代谢分泌物有关；分析牛膝的基因组...

牛膝(Achyranthes bidentata Blume)是中国传统的中药材，主要用于强筋骨补肝肾等。牛膝主产区是河南焦作，具有较高的药用价值和经济价值。牛膝还具有耐连作特性，推测与基因组中的基因簇合成特有的代谢分泌物有关；分析牛膝的基因组大小和特征等信息，可为牛膝全基因组测序与基因簇解析提供参考依据。该研究采用流式细胞技术和二代高通量技术进行全基因组Survey分析。流式细胞术估算牛膝基因组大小约为1.23 Gb。根据高通量测序，获得了76.26 Gb的基因组数据，总测序深度约为59.46×。K-mer分析结果估算牛膝的基因组大小约为1.22 Gb，重复序列比例为54.70%，杂合度为0.12%，GC含量为35%。通过MaSuRCA进行基因组初步组装，得到基因组大小为964.81 Mb。获得牛膝基因组大小等信息，研究结果为后续牛膝全基因组精细图谱的绘制、开发鉴定牛膝种质和性状定位的SSR分子标记提供一定的理论基础。

关键词：

不同土壤强化处理对连作太子参生长发育的影响及其效果评价

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作物学报 2023年第8期49卷 2225-2239页

作者：陈婷焦艳阳周鑫烨吴林坤张重义林煜林生林文雄福建农林大学生命科学学院/福建省农业生态过程与安全监控重点实验室福建福州350002 福建农林大学农学院/福建省高校作物生理与分子生态重点实验室福建福州350002

药用植物连作障碍问题威胁着集约化中药农业的源头产品供给与质量安全,因此,探索强化修复连作易病土壤的生态修复具有重要的生态经济意义。以块根入药的太子参在集约化种植过程中表现出严重的连作障碍。本研究在两茬太子参之间设置留种... 详细信息

药用植物连作障碍问题威胁着集约化中药农业的源头产品供给与质量安全,因此,探索强化修复连作易病土壤的生态修复具有重要的生态经济意义。以块根入药的太子参在集约化种植过程中表现出严重的连作障碍。本研究在两茬太子参之间设置留种、休耕、淹水和稻参轮作4种处理方式,动态检测不同处理后太子参的光合和抗逆生理以及物质转运差异,并从土壤生态环境的角度评价不同处理对缓解太子参连作障碍的作用以及探索其机制。研究结果显示,相较于休耕处理,稻参轮作处理后的土壤pH降低趋势减缓,有机质含量显著增加,太子参根际有益微生物和根际土壤中氮循环基因的丰度均显著增加,而病原微生物却显著减少;太子参叶片光合速率显著提升,干物质运转过程改善;太子参产量、多糖和总皂苷含量分别显著提升19.5%、22.9%和5.8%。改进的灰色T型关联分析表明,土壤pH、有机质含量、特异微生物、氮循环基因丰度以及太子参叶片光合速率和抗氧化酶系统均与产量高度关联(关联度绝对值大于0.6),且太子参块根膨大中期及之前的生育状态和土壤环境的改善对产量形成起到更重要的作用。因此,苗期、膨大前期及中期是消减太子参连作障碍的关键时期。本研究结果还表明,稻参轮作处理下,前作水稻分泌物和残体降解物进入土壤生态系统,加速特异微生物区系重构,缓解土壤酸化以及改善营养封存,降低太子参逆境胁迫强度,从而在生长发育前期就改善了连作太子参的能量和营养代谢,并优化了物质转运,最终改善其产量和品质。该结果为药用植物连作障碍的生态修复,构建生态可持续栽培关键技术体系提供理论依据。

关键词：生态集约化连作障碍太子参轮作灰色关联分析

根系分泌物介导下植物-土壤-微生物互作关系研究进展与展望

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植物生态学报 2014年第3期38卷 298-310页

作者：吴林坤林向民林文雄福建农林大学生命科学学院福州350002 福建农林大学生物农药与化学生物学教育部重点实验室福州350002

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质,是植物响应外界胁迫的重要途径,是构成植物不同根际微生态特征的关键因素,也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育... 详细信息

根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体物质,是植物响应外界胁迫的重要途径,是构成植物不同根际微生态特征的关键因素,也是根际对话的主要调控者。根系分泌物对于生物地球化学循环、根际生态过程调控、植物生长发育等均具有重要功能,尤其是在调控根际微生态系统结构与功能方面发挥着重要作用,调节着植物-植物、植物-微生物、微生物-微生物间复杂的互作过程。植物化感作用、作物间套作、生物修复、生物入侵等都是现代农业生态学的研究热点,它们都涉及十分复杂的根际生物学过程。越来越多的研究表明,不论是同种植物还是不同种植物之间相互作用的正效应或是负效应,都是由根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。近年来,随着现代生物技术的不断完善,有关土壤这一"黑箱"的研究方法与技术取得了长足的进步,尤其是各种宏组学技术(meta-omics technology),如环境宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学、宏代谢组学等的问世,极大地推进了人们对土壤生物世界的认知,尤其是对植物地下部生物多样性和功能多样性的深层次剖析,根际生物学特性的研究成果被广泛运用于指导生产实践。深入系统地研究根系分泌物介导下的植物-土壤-微生物的相互作用方式与机理,对揭示土壤微生态系统功能、定向调控植物根际生物学过程、促进农业生产可持续发展等具有重要的指导意义。该文综述了根系分泌物的概念、组成及功能,论述了根系分泌物介导下植物与细菌、真菌、土壤动物群之间的密切关系,总结了探索根际生物学特性的各种研究技术及其优缺点,并对该领域未来的研究方向进行了展望。

关键词：生态效应微生态系统根际根系分泌物信号分子

太湖鱼类渔获量和优势种年龄组成的变化规律及下行效应分析

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安徽农业大学学报 2005年第4期32卷 471-477页

作者：刘恩生吴林坤曹萍鲍传和丁淑荃中国科学院研究生院江苏省太湖渔业管理委员会苏州215004 安徽农业大学动物科技学院合肥230036

通过2003-2004年对太湖鱼类组成、优势鱼类鲚鱼的年龄结构及食物组成分析,结合鱼类渔获量统计和环境检测资料,研究了太湖鱼类渔获量、组成比例和优势鱼类湖鲚种群年龄结构的变化规律、机制以及相应变化对环境产生的下行效应.结果表明,... 详细信息

通过2003-2004年对太湖鱼类组成、优势鱼类鲚鱼的年龄结构及食物组成分析,结合鱼类渔获量统计和环境检测资料,研究了太湖鱼类渔获量、组成比例和优势鱼类湖鲚种群年龄结构的变化规律、机制以及相应变化对环境产生的下行效应.结果表明,太湖鱼类总渔获量已从1952年的4 060.7 t上升到2002年的30 516.5 t;鲚鱼已成为绝对优势种,从1952年的640.5 t,占15.8%,上升到2002年的19 571 t、占64.1%;鲚鱼种群年龄组成的低龄化趋势明显,种群中0+个体占(99.04±2.21)%(2003年)、(99.08±0.80)%(2004年);而0+鲚鱼主要以浮游动物为食,其中枝角类占食物总个数的(89.77±13.69)%;鲤鲫鱼1952-1998年期间相对稳定在(1 010.1±367.2) t,占总量的(8.89%±5.33)%,1999年达到2 547.4 t,占11.7%,2000-2002年达到(3 500～3 700) t,占总量的11.8%～14.7%,已成为太湖的主要鱼类之一;太湖的主要肉食性鱼类鮊鱼由最高年份(1987年)的1 090.8 t、占鱼类总量7.7%降至近8年(1995-2002年)的100～150 t、仅占0.4%～0.5%.分析认为:太湖鱼类总渔获量升高主要是鲚鱼的快速增加所引起;而鲚鱼快速增加的原因是富营养化引起的浮游生物数量快速增加及对其有抑制作用的鮊鱼数量不断减少所导致.鲚鱼数量升高又消耗了大量浮游动物,这可能成为太湖浮游植物失去抑制从而暴发的主要生物因素之一.

关键词：太湖鱼类渔获量优势种年龄组成下行效应

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连作地黄的植株形态生理效应研究

中药材 2013年第5期36卷 691-695页

作者：古力牛苗苗郑红艳王建明吴林坤李振方张重义福建农林大学作物科学学院福建福州350002 河南省唐河县农业局河南唐河473400

目的:本研究以头茬地黄为对照,通过测定地黄生育期内叶绿素含量、光合特性、根系活力及酶活性,研究连作条件下地黄形态生理特性的差异表现。方法:使用SPAD-502叶绿素测定仪测定叶绿素含量,采用LI-6400便携式光合仪测定植物光合特性,并... 详细信息

目的:本研究以头茬地黄为对照,通过测定地黄生育期内叶绿素含量、光合特性、根系活力及酶活性,研究连作条件下地黄形态生理特性的差异表现。方法:使用SPAD-502叶绿素测定仪测定叶绿素含量,采用LI-6400便携式光合仪测定植物光合特性,并按常规测定植物根系活力及酶系统。结果:连作地黄在生育前期其障碍效应已经发生,并伴随整个生育进程;连作地黄叶绿素含量、光合特性及根系活力都维持在较低的水平,其中处理间地黄叶绿素含量和栽后100 d的根系活力达到显著性差异。结论:连作条件下地黄光合源的不足及(块根)库容阈值的降低,可能是导致地黄连作障碍的主要原因。

关键词：地黄连作生理活性叶绿素根系活力

不同改良措施对太子参根际土壤酚酸含量及特异菌群的影响

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应用生态学报 2016年第11期27卷 3623-3630页

作者：吴林坤吴红淼朱铨陈军王娟英吴艳红林生林文雄福建农林大学生命科学学院福州350002 作物生态与分子生理学福建省高校重点实验室福州350002

太子参为石竹科多年生草本植物,以根部入药,药用价值高,市场需求大,但其栽培过程中存在严重的连作障碍问题,连作导致产量品质严重下降,病虫害猖獗,探索太子参连作障碍形成的机制及其消减措施意义重大.本研究以广泛栽培的"柘参2号"为试... 详细信息

太子参为石竹科多年生草本植物,以根部入药,药用价值高,市场需求大,但其栽培过程中存在严重的连作障碍问题,连作导致产量品质严重下降,病虫害猖獗,探索太子参连作障碍形成的机制及其消减措施意义重大.本研究以广泛栽培的"柘参2号"为试验材料,采用土壤农化分析、高效液相色谱(HPLC)分析、荧光定量PCR(qPCR)等技术对不同连作年限或不同消减措施下太子参根际土壤的主要养分、酚酸含量动态及特异菌群变化进行分析.结果显示:太子参连作导致产量显著下降,与正茬相比产量下降达43.5%,而水旱轮作和微生物菌肥处理可不同程度缓解其障碍效应.太子参连作土壤主要养分(如速效氮、速效磷、速效钾、全钾)未降反升,但导致土壤酸化.HPLC分析表明,太子参连作下或者随生长时期的推进,土壤酚酸类物质并未表现出明显的积累效应,膨大中期和收获期重茬土壤中大部分酚酸含量甚至低于正茬土壤.进一步荧光定量PCR分析发现,太子参连作导致前期分离筛选到的几类病原菌(如尖孢镰刀菌、踝节霉菌、Kosakonia sacchari)的绝对含量显著上升,而水旱轮作和微生物菌肥处理可有效降低3类病原菌的含量,改善微生态结构.综上认为,太子参连作障碍的发生并非由土壤养分匮乏或者酚酸持续积累直接造成,可能主要与连作下土传病原微生物的大量繁殖爆发有关,本研究结果为深入揭示太子参连作障碍的形成机制及消减修复机制提供了理论依据.

关键词：药用植物连作障碍改良措施土壤养分土壤微生物

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不同菌肥处理对太子参根际微生物群落的影响

福建农业学报 2015年第12期30卷 1171-1177页

作者：陈军黄珊瑜刘冰吴林坤林文雄福建农林大学生命科学学院福建福州350002 福建农林大学教育部重点实验室农业生态研究所福建福州350002

以不同菌肥处理下的太子参根际土壤为试验材料,运用BIOLOG微平板技术和磷脂脂肪酸(PLFA)技术对根际土壤微生物群落结构和功能多样性进行研究。BIOLOG结果表明,在不同菌肥处理下,正茬土壤的微生物对各种不同碳源的利用程度均最高。与重... 详细信息

以不同菌肥处理下的太子参根际土壤为试验材料,运用BIOLOG微平板技术和磷脂脂肪酸(PLFA)技术对根际土壤微生物群落结构和功能多样性进行研究。BIOLOG结果表明,在不同菌肥处理下,正茬土壤的微生物对各种不同碳源的利用程度均最高。与重茬和解淀粉处理(处理3,单一拮抗菌)相比较,复合菌肥1(处理1)和复合菌肥2(处理2)处理下的土壤微生物对6种碳源的利用程度显著降低。进一步利用磷脂脂肪酸法(PLFA)对微生物群落结构进行分析发现,一共有17种不同的PLFAs生物标记,指示着不同类群的微生物,包括细菌、真菌、放线菌、原生生物等。5种主要微生物类群其PLFA含量在所有土壤样品中都呈现相同的变化趋势:革兰氏阳性菌(G+)>真菌>革兰氏阴性菌(G-)>放线菌>细菌。正茬土壤的微生物PLFA总量、细菌、真菌、放线菌、G+和G-含量显著高于其他几个处理。重茬和解淀粉处理的PLFA总量、细菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)和真菌含量都明显高于复合菌肥1和复合菌肥2土壤,这与BIOLOG变化趋势类似。同时,重茬和解淀粉处理的cy/pre比例增加,说明土壤微生物群落受到了一定程度的代谢胁迫或生理应激压力。综上,可见太子参连作及菌肥处理对根际微生物群落结构与功能多样性有显著影响,推测微生态结构失衡是导致太子参连作障碍形成的根本原因。

关键词：太子参菌肥 BIOLOG PLFA