土壤线虫群落结构与Rhizoctonia solani种群动态随土地利用强度的变化

《Canadian Journal of Soil Science》：Soil nematode community structure and Rhizoctonia solani population dynamics across land-use intensities

　　

土壤生物群落与农业系统中土传病原体种群及疾病发生率的关系日益受到关注。本研究考察了加拿大爱德华王子岛田间土壤中土地利用强度及土壤生物结构如何影响立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）DNA的检出。研究人员分析了代表高（2–3年轮作）、中（4年轮作）和低（未受干扰）土地利用强度的田间土壤（n = 59）样品中的R. solani DNA、土壤化学性质及线虫群落组成。在田间土壤中，R. solani DNA浓度与总碳（C）和总氮（N）呈负相关，但与颗粒有机碳（POM-C）及高温灭菌柠檬酸可提取蛋白（ACE protein）呈正相关，表明与土壤有机质（SOM）的量和质均有关联。一项大豆微宇宙实验使用了12种土地利用历史和线虫群落结构不同的土壤，进一步评估了受控条件下R. solani DNA及疾病严重度。具有较低线虫结构指数（SI）且受历史扰动的土壤表现出更高的R. solani DNA浓度及更大的疾病严重度，而未被扰动的土壤通常数值较低。接种R. solani AG2-2 LP后线虫结构指数降低。在科水平上，短体科（Pratylenchidae）和滑刃科（Aphelenchidae）与疾病严重度正相关，而矛线科（Aporcelaimidae）和咽刃科（Tylencholaimidae）则呈负相关。总体而言，R. solani DNA水平和疾病严重度与土壤有机质特征及食物网结构相关，突显了在不同土地利用强度下土壤属性、生物群落与R. solani动态之间的联系。

**论文解读：土地利用强度对土壤线虫群落结构与立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）种群动态的影响**

**研究背景与问题**
土传病害抑制是维持作物健康和可持续产量的关键机制，尤其在病原体存在且环境适宜的条件下。立枯丝核菌（*Rhizoctonia solani*）是一种全球性土传病原体，具有13个菌丝融合群（anastomosis groups, AG），可侵染包括谷物、豆类和马铃薯在内的多种作物，引起种子腐烂、猝倒、茎腐、根腐及马铃薯黑痣病。由于寄主范围广、抗性品种有限且腐生能力强，作物轮作难以有效控制该病害，亟需整合管理方法以增强土壤的自然抑病性。土壤抑病性常归因于微生物和线虫等生物群落的活性，但线虫群落结构（而非单一类群）与病害抑制的关系尚未被充分评估。线虫富集指数（enrichment index, EI）和结构指数（structure index, SI）能综合反映土壤养分富集、食物网稳定性和扰动程度，可能指示特定病原体的抑病潜力。然而，目前尚未系统研究真菌病害（特别是*R. solani*）抑制与线虫功能群水平的关系。

**研究内容与结论**
本研究旨在：（1）评估土地利用强度和轮作历史对土壤中*R. solani* DNA浓度的影响，并关联线虫群落与土壤健康参数；（2）确定*R. solani*抑制、线虫EI和SI指数及土壤属性之间的关系。研究人员结合田间调查和生长室实验，验证三个假设：（1）高土地利用强度、低土壤有机质（SOM）含量位点的*R. solani* DNA浓度更高；（2）*R. solani* DNA浓度与定殖-持久（colonizer-persister, c-p）线虫科呈负相关；（3）疾病发生率与较高的SI和较低的EI值负相关。研究结果表明：土地利用强度影响了与SOM相关的属性，尽管不同AG和作物间存在变异。总土壤碳（C）含量高与*R. solani* DNA浓度低相关，而活性SOM指标（如颗粒有机碳POM-C和高温灭菌柠檬酸可提取蛋白ACE protein）则与*R. solani*正相关，说明SOM的量和质共同调节*R. solani*的存续；田间条件下，线虫生态指数（EI和SI）无法可靠预测土壤中较低的*R. solani* DNA浓度；植物寄生性短体科（Pratylenchidae）与*R. solani*土壤浓度和大豆疾病严重度正相关，提示潜在协同作用；食真菌性滑刃科（Aphelenchidae）丰度随下胚轴疾病严重度增加而上升，反映其对真菌生物量的响应。总体而言，与宽泛的群落指数相比，SOM特征和关键线虫功能群能更好解释*R. solani* DNA浓度，强调了在病害管理策略中需考虑有机质质量和营养级互作。论文发表在《Canadian Journal of Soil Science》。

**关键技术与方法**
研究人员从加拿大爱德华王子岛（PEI）2018年（n = 29）和2019年（n = 30）的独立田间站点采集土壤样品，依据长期土地利用与轮作数据划分为高、中、低强度三类。采用qPCR（定量聚合酶链式反应）技术，以ITS1物种特异性引物和ITS4反向引物定量土壤中*R. solani*（所有AG群）的DNA浓度。线虫群落通过科级别鉴定与分析，计算EI和SI指数。同时测定土壤总C、总N、颗粒有机碳（POM-C）、高温灭菌柠檬酸可提取蛋白（ACE protein）、pH、质地等化学及物理属性。大豆微宇宙实验中，从2019年30个田间站点中基于线虫群落指数（EI和SI）选择12种土壤（每个象限3个位点），设置接种与不接种*R. solani* AG2-2 LP的处理，在生长室中培养三周后评估疾病严重度（下胚轴和根腐评分），并通过qPCR再次定量*R. solani* DNA，同时对实验后土壤进行磷脂脂肪酸（PLFA）分析以表征微生物生物量。

**研究结果**

**（1）田间土壤中*R. solani*的定量**
对59个田间站点（2018年29个，2019年30个）的分析显示，*R. solani* DNA浓度在土地利用强度间存在高变异性且两年间不一致。2018年，高强度位点显著高于低、中强度位点；2019年低强度位点浓度较2018年升高十余倍，而高强度位点保持高浓度。将两年样品按植被类型分组后，种植假谷物（荞麦）的土壤中*R. solani* DNA浓度最高，而草类、谷物、谷物-豆科及块茎类田地显著较低。相关性分析表明，*R. solani* DNA浓度与总N、总C、POM-N和POXc呈负相关，与POM-C和ACE蛋白正相关（均α = 0.05），但多数相关系数低于0.30。

**（2）大豆微宇宙实验结果**
基于EI和SI的象限分类（A：高扰动；B：低至中扰动；C：未扰动；D：受胁迫）的12种土壤中，象限A（高扰动）的*R. solani* DNA基线浓度最低（8.38 ± 4.73 ng g^?1），其他象限显著更高。接种处理显著增加了土壤*R. solani* DNA浓度（达4959 pg g^?1）和疾病严重度（下胚轴腐烂评分0–5；根腐评分1–5）。线虫SI在接种后显著降低（主要效应，p = 0.02），表明*R. solani*接种降低了线虫群落结构；而EI无显著变化。独立于接种，象限C（未扰动）的SI显著高于象限D（受胁迫）（p = 0.003）。

**（3）*R. solani*土壤浓度及疾病症状与线虫群落和土壤属性的关系**
Spearman相关分析显示，接种后*R. solani* DNA浓度与短体科（Pratylenchidae）和镰咽科（Diphtherophoridae）负相关；而短体科丰度与下胚轴和根腐严重度正相关；食真菌性滑刃科（Aphelenchidae）与大豆疾病评级正相关；细菌取食性小杆科（Rhabditidae）与下胚轴腐烂严重度正相关；单宫科（Monhysteridae）、垫刃科（Panagrolaimidae）、咽刃科（Tylencholaimidae）和矛线科（Aporcelaimidae）与下胚轴疾病评级负相关。PLFA分析显示接种与对照处理间所有微生物群标志物差异不显著，真菌生物量在接种处理中平均为4727 nmol g^?1，对照为4058 nmol g^?1（p = 0.06），呈非显著增加趋势。

**讨论与结论总结**
讨论指出：尽管未完全支持假设1（*R. solani*浓度未随土地利用强度一致增加），但*R. solani* DNA浓度与总C、总N负相关，与有效P正相关，表明集约管理下土壤肥力特征可能促进*R. solani*生长。SOM质量（而非总量）对*R. solani*活性影响更显著，这与前期研究一致。线虫SI在接种后降低，支持假设3（疾病与低SI且高EI值相关），但田间条件下EI和SI未能可靠预测低*R. solani*浓度。植物寄生性短体科与*R. solani*呈现协同作用，其造成的根损伤可能为病原体入侵提供通道。食真菌性滑刃科对疾病严重度的响应表明其在真菌生物量积累时繁殖。此外，土壤物理属性（如质地、孔隙度）也参与调节感染潜力。

**研究结论翻译**：土地利用强度影响了与*R. solani* DNA浓度相关的土壤有机质（SOM）属性，尽管在菌丝融合群（AG）和作物间存在潜在变异。较高的土壤总碳（C）与较低的*R. solani* DNA浓度相关联，而活性SOM指标则与*R. solani*正相关，表明SOM的量和质均参与了*R. solani*存续的调控。在田间条件下，线虫生态指数无法可靠预测土壤中较低的*R. solani* DNA浓度。植物寄生性短体科（Pratylenchidae）与*R. solani*土壤浓度及大豆疾病严重度正相关，支持潜在的协同相互作用。食真菌性滑刃科（Aphelenchidae）丰度随下胚轴疾病严重度增加而上升，表明其对真菌生物量具有响应性。总体而言，与宽泛的群落指数相比，*R. solani* DNA浓度更能被SOM特征和关键线虫功能群所解释，突显了在病害管理策略中需考虑有机质质量和营养级互作。