化学与生物杀菌剂对土壤细菌群落的影响：差异与时效研究

土壤微生物群落对农业生态系统意义重大，为探究化学杀菌剂 Ridomil 和生物杀菌剂 SoilGard 对胡萝卜种植土壤细菌群落的影响，研究人员开展相关研究。结果显示二者影响不同且具时效性。该研究为合理使用杀菌剂提供依据，助力可持续农业发展。

　　在农业的微观世界里，土壤就像一座神秘的 “地下城堡”，里面居住着无数的微生物居民，它们各司其职，共同维持着土壤的健康和农作物的茁壮成长。土壤微生物群落是这座城堡的关键守护者，它们参与着有机物质的分解、养分的循环，就像勤劳的 “小工匠”，把土壤中的各种物质转化为农作物能够吸收的营养，同时还能帮助农作物抵御病害的侵袭。

然而，人类的一些活动却像是 “不速之客”，打破了这座城堡的宁静。其中，化学和微生物杀菌剂的使用虽然在控制病害方面发挥了重要作用，但它们对土壤微生物群落的影响却不容小觑。比如，Ridomil 和 SoilGard 这两种常用的杀菌剂，它们在控制由 Pythium spp. 引起的胡萝卜空洞斑病方面效果显著，可它们对土壤细菌群落的具体影响却像一团迷雾，让人捉摸不透。以往的研究虽然有所涉及，但存在诸多不足，有的研究方法不够精准，有的没有全面考虑到细菌的分类学和功能多样性。为了揭开这团迷雾，来自美国加利福尼亚大学河滨分校（University of California Riverside）的研究人员 Setu Bazie Tagele 和 Emma W. Gachomo 展开了一项深入的研究。该研究成果发表在《Environmental Microbiome》上，为我们进一步了解杀菌剂对土壤细菌群落的影响提供了重要依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是 Illumina amplicon 测序技术，通过对细菌 16S rRNA 基因的测序，分析土壤细菌群落的组成和多样性；二是定量 PCR（qPCR）技术，用于检测土壤中总细菌、Pseudomonas spp.、总真菌、Trichoderma spp. 和 Pythium spp. 等的丰度；三是生物信息学分析，对测序数据进行处理、注释和统计分析，挖掘其中蕴含的生物学信息 。

研究结果

1. Ridomil 对细菌多样性的短暂影响：研究人员通过计算 alpha 多样性指数（包括 Observed 和 Shannon 指数）发现，Ridomil 和 SoilGard 对细菌多样性的影响随采样时间而变化。在处理后 2 周，Ridomil 处理的土壤中细菌多样性显著低于未处理的对照组，而此时 SoilGard 没有明显影响。到了处理后 12 周，SoilGard 与 Pythium 接种相结合，显著降低了细菌多样性。β- 多样性分析则表明，处理后的细菌群落结构发生了显著变化，Ridomil 处理的样本在 PCo1 上形成了与其他处理不同的聚类。
2. Ridomil 和 SoilGard 应用后细菌群落结构的变化：在门水平上，所有样本中 Proteobacteria 在两个采样时间点都占主导地位。Ridomil 处理在处理后 2 周显著增加了 Proteobacteria 的相对丰度，同时降低了 Bacteroidota 的相对丰度；到处理后 12 周，Ridomil 对 Proteobacteria 的影响不再显著，但显著降低了 Bdellovibrionota 的种群数量。在纲和属水平上也有类似的变化，例如 Ridomil 处理在处理后 2 周显著增加了 Gammaproteobacteria 和 Pseudomonas spp. 的丰度，12 周时 Alphaproteobacteria 和 Devosia spp. 的丰度增加；SoilGard 在处理后 12 周显著降低了 Mycobacterium 的种群数量。
3. qPCR 和体外生长试验检测 Pseudomonas spp. 的丰度：qPCR 分析表明，处理对总细菌基因拷贝数没有显著影响，但 Ridomil 显著增加了 Pseudomonas spp. 的总基因拷贝数，这与 MiSeq 数据一致。体外生长试验显示，推荐剂量的 Ridomil 对不同 Pseudomonas 物种的生长影响不同，P. protegens B59979 对 Ridomil 敏感，而 P. palleroniana B2020 则无显著差异。
4. 总真菌、Trichoderma spp. 和 Pythium spp. 的丰度：Ridomil 单独使用或 SoilGard 与 Pythium 结合使用，显著降低了总真菌的基因拷贝数。SoilGard 处理的土壤中 Trichoderma 特异性 tef1 基因拷贝数最高，而 Ridomil 无 Pythium 处理时最低。各处理对 Pythium 物种的 ITS 基因拷贝数没有显著差异。
5. SoilGard 和 Ridomil 对微生物群落代谢活动的影响：利用 Biolog Ecoplate 检测细菌群落对 31 种有机碳源的代谢能力，发现各处理在所有培养期的代谢活动都有显著差异。总体而言，碳源利用随着培养时间的延长而增加。Ridomil 处理的样本在早期（24 - 72h）代谢活性较低，尤其是在接种 Pythium 的样本中；在后期（96 - 144h），在未接种 Pythium 的样本中代谢活性也显著降低。Ridomil 和 SoilGard 处理均显著降低了碳水化合物和聚合物的利用。
6. 碳和氮含量：处理后 2 周，各处理间土壤碳、氮含量及其比值没有显著差异。不过，Ridomil 处理（无论是否接种 Pythium）的碳和氮含量相对较高。

研究结论与讨论

研究结果表明，Ridomil 和 SoilGard 对细菌群落的分类学多样性影响不同，且具有时间依赖性，还会因 Pythium 接种情况而变化。Ridomil 对细菌分类学多样性有即时的负面影响，而 SoilGard 的影响在后期才显现，这可能是因为 SoilGard 的活性成分 Trichoderma 需要时间来发挥作用。两种杀菌剂都改变了细菌群落组成，且只有 Ridomil 使 Pseudomonas spp. 富集。此外，它们还可能导致微生物代谢活动的变化，并且 Pythium 物种会与处理相互作用影响代谢活动。

这一研究意义重大。它揭示了化学和生物杀菌剂在推荐剂量下对细菌群落的独特和时间依赖性影响，为合理使用杀菌剂提供了科学依据。了解这些影响有助于优化杀菌剂的使用策略，减少对土壤生态系统的负面影响，从而保障农业生态系统的可持续发展。同时，研究中发现的一些细菌种群变化，也为后续进一步探究微生物之间的相互作用以及它们在土壤生态系统中的功能提供了新的方向。