香蕉根际土壤微生物群落结构和功能多样性对枯萎病响应机制研究

The continuous cropping of banana has led to single soil evrionment. Microorganisms in soil are enriched selectively. The amount of beneficial microoganisms with antagonism reduce. Banana fusarium wilt disease is attravated. Thus, it is very important to fully know the soil environment that banana and pathogen live on. In this study, metagenomics sequencing including 16S, ITS and total DNA will be used to analyze soil bacterium and fungus component, abundance and functional genes diversity during banana planting process by compring banana rhizosphere soil, banana-unplanted control soil and banana with TR4 rhizosphere soil. we will also research imbalance mechanism of banana rhizosphere soil ecological system due to pathogen infection and analyze interactive relationship and regulation pathway among banana soil-borne disease, antagonistic microorganism and banana. We aim to regulate microbe diversity in banana rhizosphere soil and limit the disease quantity in soil below safety margin. This program is of great significance for green and sustainable development of banana production.

香蕉连作导致根际形成单一的土壤环境，土壤中微生物选择性富集，具有拮抗作用的有益微生物减少，加剧了香蕉枯萎病土传病害。因此，充分认识香蕉和香蕉枯萎病赖以生长的土壤环境尤为重要。本项目拟通过香蕉根际土壤微生物16S、ITS和全部DNA宏基因组测序，比较香蕉根际土壤、未种植香蕉的对照土壤和枯萎病菌入侵的香蕉根际土壤，分析香蕉定植过程中诱导的根际土壤细菌和真菌的结构组成、丰度和功能基因多样性；研究枯萎病菌发病期香蕉根际土壤生态系统失衡的机制，解析香蕉土传病害、拮抗菌与香蕉的相互作用关系及调控途径，以期通过调控香蕉根际土壤生物多样性，将土壤中香蕉枯萎病数量控制在对香蕉安全的范围内，本研究对香蕉绿色可持续发展具有重要意义。

香蕉枯萎病是典型的土传病害，连作加剧了香蕉枯萎病，目前不了解维持香蕉根际健康的微生物群落特征，缺乏香蕉根际土壤微生物种群互作信息，拮抗菌防控香蕉枯萎病存在不稳定性和短暂性，因此，揭示香蕉根际土壤微生物群落结构和功能多样性特征，了解香蕉根际土壤微生物种群互作网络，在精准使用拮抗菌防控香蕉枯萎病、维持香蕉产业可持续发展方面具有重要的意义。本项目选择生态系统相对稳定的无农田背景的布朗山原始森林土壤进行实验，通过对香蕉根际土壤微生物进行高通量测序，比较香蕉根际土壤、未种植香蕉的对照土壤和枯萎病菌（TR4）入侵的香蕉根际土壤，结果显示细菌相对丰度随时间出现降低趋势，但同一时间点处理间无显著性差异。种植香蕉显著降低土壤真菌α多样性。土壤微生物β多样性分析发现，实验进行了18个月之后，无论是细菌β多样性还是真菌β多样性，种植香蕉的土壤与未种植香蕉的土壤之间出现了显著的差异，香蕉根际土壤与接种TR4的香蕉根际土壤之间细菌在24个月、真菌在27个月之后出现了明显的差异，说明在原始森林土壤接种TR4，27个月是土壤系统中微生物多样性趋于稳定的分界点。在结构稳定的香蕉根际土壤环境中，Fusarium属真菌相对丰度显著上升，Fusarium为香蕉枯萎病TR4所在的属，这一现象说明，香蕉根际环境在Fusarium主导下向有利于TR4定殖的方向发展，在这一过程中真菌物种Setophoma、细菌物种PeM15和67-14、BRC1及次级网络中的7个物种表现为Fusarium负向相关物种，推测此类菌对Fusarium具有负相关的抑制作用。在TR4稳定定殖的香蕉根际土壤环境中，细菌Candidatus_Solibacter、Acidibacter等4个物种和真菌unclassified_Stachybotryaceae、Oidiodendron等6个物种与TR4互为直接负相关作用，推测此类菌群对TR4具有抑制作用。本研究从香蕉根际土壤微生物系统整体出发，初步探寻到对病原菌及其所在属具有抑制作用的微生物优势菌群，开发此类菌群，研发出对香蕉根际土壤微生物生态系统具有宏观调控作用、对土传病害具有抑制作用的拮抗微生物复合体系，配合微生物生境中pH调控，有望实现土壤生物逆境环境下香蕉的健康生长。