《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Biofumigant Defatted Seed Meals Against Meloidogyne incognita: Effects on Soil Microbial Community
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摘要翻译：
植物寄生线虫对农业构成重大威胁，凸显了对化学处理替代防治策略的需求。生物熏蒸（biofumigation）依赖于将十字花科（Brassicaceae）植物材料或其衍生产品（如脱脂种子饼粕，defatted seed meals, DSM）混入土壤
摘要翻译：
植物寄生线虫对农业构成重大威胁，凸显了对化学处理替代防治策略的需求。生物熏蒸（biofumigation）依赖于将十字花科（Brassicaceae）植物材料或其衍生产品（如脱脂种子饼粕，defatted seed meals, DSM）混入土壤后，释放有毒的硫代葡萄糖苷（glucosinolates）至土壤中。生物熏蒸已被证明对线虫有效；然而，其对土壤微生物群落的影响仍知之甚少。在本研究中，研究人员评估了利用黑芥（Brassica carinata）DSM进行生物熏蒸对土壤微生物群落的影响及其对南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的防效。将番茄植株移植于装有自然感病土壤的花盆中，土壤分别添加：(i) 含硫代葡萄糖苷的黑芥DSM（CAR）；(ii) 不含硫代葡萄糖苷的向日葵（sunflower）DSM（SUN）；(iii) 化学熏蒸剂甲硫代钠（metham-sodium，VAP）；(iv) 未处理对照（TEST）。在试验结束时评估根系生长参数和线虫侵染情况，而在试验建立后第0、10、32和62天评估土壤杀线虫效果及微生物群落（原核生物和真核生物）。CAR生物熏蒸在降低土壤线虫种群和根系侵染方面与VAP同样有效，并且额外促进了根系重量。CAR对原核生物群落的影响是短暂的，且与植物材料带来的营养输入相关，导致细菌种群普遍增加。相比之下，VAP引起了群落长期的变化以及细菌种群的普遍减少。相反，对真核生物群落的影响则是可比的。总体而言，这些结果强调了生物熏蒸DSM改良剂作为化学熏蒸剂可持续替代品用于治理土传线虫病害的潜力。
论文解读
**研究背景与问题**
化学农药的过度使用对环境和人类健康造成严重危害，欧盟已出台相关法规推动农药减量。在众多替代策略中，生物熏蒸利用十字花科植物材料及其衍生产品中所含的硫代葡萄糖苷，在土壤中经黑芥子酶水解后释放出具有杀生效果的异硫氰酸酯（ITCs），进而抑制土传病原物和害虫。尽管生物熏蒸对植物寄生线虫的防效已得到验证，但现有研究大多集中于十字花科绿肥，而对脱脂种子饼粕（DSM）这一工业副产品的研究较少。更重要的是，生物熏蒸对土壤微生物群落结构及功能的影响尚不明确，尤其与化学熏蒸剂相比，其对原核与真核微生物群落的扰动程度、恢复能力及潜在生态效应缺乏系统评估。基于此，研究人员以黑芥DSM为对象，评估其在防控南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的同时对土壤微生物群落产生的影响，并将其与化学熏蒸剂甲硫代钠及无硫代葡萄糖苷的向日葵DSM进行对比，以探讨生物熏蒸作为可持续防控策略的可行性。
**研究内容与主要结论**
研究在意大利博洛尼亚温室中进行盆钵试验，采用自然感染南方根结线虫的土壤，设置四个处理：黑芥DSM（CAR，含硫代葡萄糖苷，剂量相当于田间3 t ha?1）、向日葵DSM（SUN，不含硫代葡萄糖苷，剂量同上）、化学熏蒸剂甲硫代钠（VAP，剂量相当于1500 kg ha?1）及未处理对照（TEST）。每个处理3个重复。在试验开始后第0、10、32、62天采集土壤样品，利用454焦磷酸测序技术分析原核16S rRNA基因V4区和真核18S rRNA基因的扩增子，结合多种生物信息学与统计方法评估微生物群落多样性、组成、稀有/常见类群动态及潜在功能变化。同时在线虫侵染层面，统计土壤中第二龄幼虫（J2s）数量，并在试验结束时测量番茄根系鲜重、根瘿数、雌虫数和卵块数等指标。
**主要关键技术与方法**
研究采用以下关键技术方法：盆钵尺度受控试验（每盆1 kg自然感病土壤，四个处理×三次重复）；Baermann托盘法提取并计数土壤中的南方根结线虫第二龄幼虫；454焦磷酸测序（Roche 454 GS FLX平台）分别扩增原核16S rRNA基因V4区（引物515F/806R）与真核18S rRNA基因（引物FF390/FR1）；QIIME 1.9软件进行OTU划分与分类注释；利用R软件中的vegan包进行基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）与PERMANOVA检验；采用FAPROTAX推断原核群落潜在功能；应用autothresholdr包设定相对丰度阈值（0.000483），区分稀有与常见OTU，并分析二者比例动态。样本来源为意大利博洛尼亚温室试验的盆栽土壤。
**研究结果**
**3.1 不同处理下南方根结线虫的植保评价**
试验起始时（T0）各处理土壤中线虫密度均匀，平均每100 cm3土壤含50.0±5.8条J2s。在第32天（T2）和第62天（T3），处理对土壤线虫密度影响显著。CAR和VAP处理显著降低了土壤中J2s数量，而TEST与SUN处理线虫密度较高。在T3时，CAR和SUN处理显著增加了番茄根系鲜重。与TEST相比，CAR和VAP处理显著减少了根瘿数、卵块数和雌虫数，而SUN处理与TEST无显著差异，且SUN处理的根瘿和雌虫数最高。这表明CAR生物熏蒸对南方根结线虫的防效与化学熏蒸剂VAP相当，且不会对番茄产生药害，反而促进根系生长。
**3.2 不同处理对微生物群落的影响**
**3.2.1 不同处理下原核与真核群落的多样性**
原核群落中，变形菌门（Proteobacteria）在所有样品中占优势，其次是酸杆菌门（Acidobacteria）、浮霉菌门（Planctomycetes）和放线菌门（Actinobacteria）。CAR处理在移栽前（T1）即引起细菌群落组成显著变化，尤其是Cellvibrio属、农杆菌属（Agrobacterium）、热单胞菌属（Thermomonas）和芽单胞菌属（Blastomonas）的相对丰度增加。主坐标分析显示，CAR处理在T1时与T0差异最大，但到T2时群落趋于接近T0，T3时已基本恢复至初始状态；而VAP处理在T3时仍与T0相距较远，表明其影响长期存在。功能预测显示，VAP处理显著提高了与氮循环相关的功能（如化能异养、硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、氮呼吸、甲醇氧化和脲解）的丰度，而CAR处理的功能谱与T0相似，说明其对群落功能影响较小。真核群落方面，各处理均引起群落随时间逐渐偏离初始状态，但处理间差异相对较小。所有样品中约45%的读数属于非真菌真核生物，主要归为囊泡虫类（Alveolata）和有孔虫类（Rhizaria），其中顶复门（Apicomplexa）受处理影响较大。
**3.2.2 不同处理下原核群落结构的重排**
稀有OTU与常见OTU的比值在不同处理和时间点间差异显著。从T0到T1，CAR和SUN处理的比值下降，而VAP和TEST保持稳定。到T3时，CAR、SUN和TEST的比值相近，但VAP始终较高，且VAP样品中零丰度OTU比例最高，常见OTU比例最低。动态分析表明，CAR处理在T1时大部分原本常见的OTU维持常见状态，同时出现了新的常见OTU（此前为稀有或零丰度），SUN处理也有类似但更强的动态。而TEST中常见OTU组成在T1与T0基本一致。VAP处理在T1与T0相似，但在T3表现出最高的稀有/常见比和最高零丰度OTU频率，说明化学熏蒸对原核群落造成了持久的结构破坏。
**3.3 植物寄生线虫与微生物群落的关系**
通过双因素PERMANOVA分析发现，时间和处理及其交互作用是塑造原核和真核群落的最重要因素。原核群落主要受处理直接释放的物质影响；而真核群落除直接效应外，还与土壤中自由生活的J2s数量及其随时间的变化显著相关。这说明真核群落的变化与线虫种群动态之间存在更紧密的联系，可能反映了以线虫为食或与其竞争的微生物类群的响应。
**讨论与结论**
研究人员指出，CAR和SUN处理对原核群落的影响是暂时的，主要源于有机物质输入带来的营养刺激；而VAP处理则引发持续的群落结构改变和原核种群减少，可能对土壤功能产生难以预料的长期影响。真核群落受所有处理的影响，且与杀线虫作用直接相关，表现为真菌相对非真菌类群逐渐占优势，这可能有利于植物生长，因为土壤真菌与植物根系关系密切。研究同时证实，CAR在盆钵尺度上对南方根结线虫具有与VAP相当的强杀线虫效果，并额外提供养分输入，促进番茄根系生长和原核群落健康。尽管从盆钵实验结果外推到田间条件需要谨慎，并需进一步在农业实际环境中验证，但本研究为利用生物熏蒸DSM（尤其是黑芥CAR）作为防治线虫且对土壤微生物群落友好的可持续方案提供了坚实证据。CAR处理在达到同等杀线虫效果的同时，保持了土壤微生物群落的组成基本不变，表现出土壤微生物群对CAR释放的生物熏蒸物质低抵抗性（快速变化）但高恢复力（回归初始构型的时间短），并对植物生长产生积极影响。
