水旱輪作模式下馬鈴薯根際土壤細菌群落多樣性分析

蘇燕 李婕 曹雪穎 莫宛 鄭虛 姚姿婷 鄒承武

摘要：【目的】比較水旱輪作與旱地輪作兩種種植模式下的馬鈴薯根際土壤及病株塊莖的細菌群落多樣性，為利用土壤細菌多樣性優化馬鈴薯種植模式和防治馬鈴薯病害提供科學依據?！痉椒ā糠謩e采集前作為水稻的水旱輪作和前作為玉米的旱地輪作模式下馬鈴薯根際土壤樣品（旱地輪作和水旱輪作健康馬鈴薯根際土壤樣品分別記為HD.J和SH.J，旱地輪作和水旱輪作發病馬鈴薯根際土壤樣品分別記為HD.B和SH.B）及馬鈴薯病株塊莖樣品（旱地輪作和水旱輪作發病馬鈴薯塊莖樣品分別記為P.HD.B和P.SH.B），基于高通量測序技術對樣品中細菌16S rDNA的V3～V4區域進行測序，分析2種種植模式下的馬鈴薯根際土壤樣品和病株塊莖樣品的細菌種類及豐度差異?！窘Y果】 對馬鈴薯根際土壤樣品及病株塊莖樣品的細菌多樣性分析結果顯示，HD.J、HD.B、SH.J和SH.B的細菌種類（OTU數目）、豐富度（Chao1指數）及多樣性（Shannon指數）均高于P.SH.B和P.HD.B，且健株根際土壤細菌群落豐富度高于病株土壤。馬鈴薯種植模式是影響根際土壤細菌群落變化的最主要因素，貢獻率為39.1%，而馬鈴薯植株健康狀況是影響根際土壤細菌群落變化的第二大因素，貢獻率為34.7%。病株根際土壤樣品中，HD.B無豐度在1.00%以上的優勢種，而SH.B特有的優勢種中包含軟腐病果膠桿菌（Pectobacterium carotovorum）、雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）和不動桿菌（Acinetobacter rudis），相對豐度分別為2.03%、1.46%和1.22%，其中軟腐病果膠桿菌和雷爾氏菌是馬鈴薯的主要病原細菌，可分別導致馬鈴薯黑脛病和青枯病發生。病株塊莖樣品中，P.SH.B除了包含P.HD.B檢測到的23個屬，還有5個屬是其所特有;P.SH.B特有的5個屬中有3個優勢屬在SH.B中未檢測到。HD.B特有的優勢功能是產甲烷作用，相對豐度為1.18%;SH.B特有的優勢功能包括硝酸鹽呼吸作用、氮呼吸作用、亞硝酸鹽呼吸作用、亞硝酸鹽氨化作用和硝酸鹽氨化作用，均屬于氮利用及代謝功能，相對豐度為1.48%～1.95%?！窘Y論】與旱地輪作模式相比，水旱輪作模式可提高馬鈴薯根際土壤的細菌群落多樣性，但在該種植模式下要重點預防馬鈴薯發生細菌性病害。

關鍵詞： 細菌群落多樣性;馬鈴薯;水旱輪作;旱地輪作;根際土壤

中圖分類號： S344.17;S532? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）10-2374-09

Diversity analysis of bacterial community in potato rhizosphere soil under the mode of paddy-upland rotation

SU Yan1， LI Jie1， CAO Xue-ying1， MO Wan1， ZHENG Xu2， YAO Zi-ting1*，

ZOU Cheng-wu1*

（1National Demonstration Center for Experimental Plant Science Education， College of Agriculture， Guangxi

University， Nanning? 530004， China; 2Cash Crops Research Institute， Guangxi Academy of

Agricultural Sciences， Nanning? 530007， China）

Abstract：【Objective】The microbial community diversity in rhizosphere soil and tuber between paddy-upland rotation and upland rotation in potato planting was compared in order to optimize potato planting modes and provide scientific basis to develop potato industry from the perspective of plant-microbiome ecology. 【Method】Soil samples of potato rhizosphere and tuber samples of potato diseased plants were collected from the rotation of rice paddy-upland rotation and maize upland rotation， respectively. The rhizosphere soil samples of healthy potato in upland rotation and paddy-upland rotation were marked with HD.J and SH.J， respectively. The rhizosphere soil samples of diseased potato in upland rotation and paddy upland rotation were marked with HD.B and SH.B， respectively. Tuber samples of diseased potato in upland rotation and paddy-upland rotation were marked with P.HD.B and P.SH.B， respectively. V3-V4 region of 16S rDNA amplicon of bacteria in the rhizosphere soil and tuber samples were sequenced using high throughput sequencing. Then the bacteria species and abundance differences of potato rhizosphere soil samples and diseased tuber samples in two cultivation modes were analyzed. 【Result】The results of bacterial diversity analysis of rhizosphere soil samples and tuber samples of diseased potato showed that the bacterial species， richness（Chao1 index） and diversity（Shannon index） of HD.J， HD.B， SH.J and SH.B were higher than those of P.SH.B and P.HD.B. The abundance of bacterial community in rhizosphere soil of healthy plants was higher than that of diseased plants. Potato planting pattern was the most important factor affecting the change of bacterial community in soil， with the contribution rate of 39.1%， while the health status of potato plant was the second most important factor with the contribution rate of 34.7%. There was no dominant species with abundance of more than 1.00% in HD.B， while the dominant species in SH.B included Pectinium carotovorum， Ralstonia solanacearum and Acinetobacter rubis with abundances of 2.03%， 1.46% and 1.22%， respectively. Among them， Pectinobacteria and Ralstonia were the main potato pathogens， which could cause potato black leg and potato bacterial wilt， respectively. In the tuber samples of diseased plants， P.SH.B contained not only twenty-three genera detected from P.HD.B， but also contained five genera which were endemic to P.SH.B. Among the five genera which endemic to P.SH.B， three dominant gene-ra were not detected in SH.B. The dominant function of HD.B was methanogenesis， with a relative abundance of 1.18%. In SH.B， the dominant function was nitrogen utilization and metabolism， containing nitrate respiration， nitrogen respiration， nitrite respiration， nitrite ammonification and nitrate ammonification， with the relative abundance of 1.48%-1.95%. 【Conclusion】Compared with the upland rotation mode， the paddy-upland rotation mode can improve the bacterial community diversity of potato rhizosphere soil， but the bacterial diseases of potato should be prevented under this planting mode.

Key words： bacterial community diversity; potato; paddy-upland rotation; upland rotation; rhizosphere soil

Foundation item： Guangxi Innovation Driven Development Project（Science and Technology Major Project）（Guike AA17204054）;? Guangxi Postdoctoral Science Foundation（BH2018065）

0 引言

【研究意義】根際土壤微生物是植物微生態系統的重要組成部分，其活性和群落結構多樣性可影響土壤肥力的形成和植物對土壤有效養分的吸收及營養物質轉化，與植物健康生長發育和生產力密切相關（Ling et al.，2014;李忠奎等，2019）。土壤微生物群落在維持土壤肥力方面發揮著重要作用，是評價土壤環境優劣狀況的重要生態指標之一（Kumar et al.，2017）。種植方式不同會影響土壤微生物生長環境，使土壤微生物數量、組成及活性產生較大差異，并最終導致土壤微生物群落結構和功能發生改變。廣西是典型的馬鈴薯冬作區，主要采用水旱輪作或旱地輪作種植馬鈴薯（韋本輝等，2005）。因此，研究水旱輪作和旱地輪作2種種植模式下馬鈴薯根際土壤微生物群落結構多樣性，可為評估其對馬鈴薯健康生長的影響及選擇合適的馬鈴薯種植模式提供科學依據。【前人研究進展】微生物擴增子高通量測序技術理論上可直接獲得環境中所有微生物的基因信息，能快速而全面地詮釋土壤中的微生物群落結構多樣性，為根際土壤微生物研究提供新思路。姚華開等（2018）使用MiSeq高通量測序平臺對混栽組合茄子根際土壤中細菌的16S rDNA基因V3～V4區片段進行測序，發現混栽組合茄子根際土壤的細菌多樣性指數（H）、豐度（S）和均勻度指數（Eh）均顯著高于對照，而且茄子混栽組合種植還能有效提高主栽作物茄子的根際土壤肥力;張笑宇等（2018）采用實驗室微生物培養聯合微生物高通量測序技術對玉米—烤煙輪作和煙葉連作2種種植模式下的煙株根際土壤微生物數量、群落結構及其多樣性進行研究，發現輪作煙田根際土壤中的細菌和放線菌數量均高于連作煙田根際土壤;廖詠梅等（2019）基于Illumina MiSeq測序平臺對真菌ITS1～ITS2區域和細菌16S rDNA擴增子V3～V4區域進行雙末端測序，分析稻鴨共育模式與常規管理模式稻田土壤真菌和細菌的種類及豐度差異，發現與常規管理模式種植水稻比較，稻鴨共育模式的水稻根際土壤pH略低，有機質稍高，真菌的種群結構豐富，而細菌的優勢門和優勢屬無明顯差異;王悅等（2019）使用MiSeq高通量測序平臺對連作、輪作和套作種植模式下丹參根際土壤細菌16S rDNA基因V3～V4區片段和真菌18S rDNA基因V4區片段進行測序，發現不同種植模式下微生物間的群落結構變化顯著，相互作用關系也有明顯差異;楊瀟湘等（2019）基于擴增子高通量測序技術對豆—油輪作模式下的大豆與油菜根際土壤微生物群落結構多樣性進行研究，發現與油菜根際土壤微生物相比，大豆根際土壤特異性富集具有固氮功能的根瘤菌屬、慢生根瘤菌屬和叢枝菌根真菌以及具有生防作用和促進植物生長的微生物。水旱輪作模式比常規連作模式的土壤微生物含量和多樣性更高，有助于減少病害發生和提高農作物產量。蘇婷等（2016）研究發現，水稻—玉米的水旱輪作模式不僅能調節土壤pH，還能顯著增加土壤細菌、真菌和放線菌含量，促進土壤生態系統的平衡;譚雪蓮等（2016）的研究表明水旱輪作可提高馬鈴薯產量，可能是因為水旱輪作提高了土壤微生物的數量和活性，從而促進了馬鈴薯根系生長及營養吸收。正是由于水旱輪作模式具有改善土壤理化性質、減少病害發生和提高作物產量的優點，同時還能充分利用冬閑田，目前已成為南方冬季種植馬鈴薯的主要模式。【本研究切入點】前人主要對馬鈴薯不同耕作模式的產量進行比較，并主要研究不同的連作/間作/輪作模式對土壤性質及微生物總體群落的影響，而針對馬鈴薯在不同耕作模式下的根際土壤及塊莖的細菌群落多樣性研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】選取相同地點不同輪作模式的一組田塊，通過16S rDNA高通量測序分析前作為玉米的旱地輪作和前作為水稻的水旱輪作模式下馬鈴薯根際土壤及塊莖的細菌種類及豐度差異，明確水旱輪作種植模式對土壤細菌群落結構的潛在影響，為利用土壤細菌多樣性優化馬鈴薯種植模式和防治馬鈴薯病害提供科學依據。

1 材料與方法

1. 1 樣品采集

試驗地點位于廣西賀州市昭平縣五將鎮，試驗設置2個田塊，二者相鄰，種植的馬鈴薯品種均為費烏瑞它，采用相同的常規田間管理措施。試驗田塊1的種植模式為玉米—馬鈴薯旱地輪作，于馬鈴薯收獲期（2018年3月）采集樣品，記為HD;試驗田塊2的種植模式為水稻—馬鈴薯水旱輪作，于馬鈴薯收獲期（2018年3月）采集樣品，記為SH。同一個采樣地點，部分馬鈴薯發生細菌性軟腐病。采用五點法采樣，采樣地中心定一個采樣點，等距離等角度輻射4點。在每個采樣點分別采集健康馬鈴薯和發病馬鈴薯的根際土壤樣品及病株塊莖樣品，分別裝入無菌密封塑料袋，保存于冰盒中，其中旱地輪作健康馬鈴薯和發病馬鈴薯根際土壤樣品分別記為HD.J和HD.B，水旱輪作健康馬鈴薯和發病馬鈴薯根際土壤樣品分別記為SH.J和SH.B，旱地輪作發病馬鈴薯和水旱輪作發病馬鈴薯塊莖樣品分別記為P.HD.B和P.SH.B。

1. 2 微生物基因組DNA提取及16S rDNA高通量測序

取樣點的土壤樣品置于研缽中磨碎，過80目篩后，5個取樣點的樣品各稱取1.0 g混勻，隨機取約0.5 g土壤用于提取微生物總DNA。馬鈴薯塊莖樣品洗凈后切成小塊置于研缽中研磨，5個取樣點各稱取1.0 g研磨后的樣品混勻，隨機取約0.5 g組織用于提取微生物總DNA。使用BioFast土壤基因組DNA提取試劑盒（杭州博日科技有限公司）提取土壤及馬鈴薯塊莖的微生物基因組DNA，采用NanoDrop-2000（美國賽默飛世爾科技公司）測定DNA濃度，并通過1%瓊脂糖凝膠電泳分析DNA完整度。對樣品中的細菌16S rDNA基因V3～V4區域進行擴增并建庫，繼而使用Illumina HiSeq 2500平臺進行高通量測序。

1. 3 生物信息學分析

測序原始數據去除低質量讀段（Reads），然后根據雙末端測序（Paired-End，PE）數據間的疊連（Overlap）關系將成對的讀段拼接成1條序列，為得到高質量的讀段，去除標簽（Tags）兩端的條形碼（Barcode）序列及引物序列，再去除嵌合體及其短序列等得到干凈序列標簽（Clean tags）。拼接過濾后的干凈序列標簽在97%相似度下利用QIIME（v1.8.0）將其聚類為用于物種分類的操作分類單元（OTU），統計各樣品每個OTU的豐度信息。獲得的OTU與RDP數據庫（Release 11.1，http：// rdpcme.msu.edu/）比對，通過核糖體數據庫項目貝葉斯分類法（Ribosomal Database Project Bayesian，RDP Classifier）鑒定OTU代表性序列的微生物分類地位。應用R語言Vegan軟件包進行基于Bray-Curtis距離的主坐標分析（PCoA）及非度量多維標定法（NMDS）分析。應用Mothur計算微生物Alpha（α）多樣性指數。應用原核生物類群的功能注釋方法（FAPROTAX）（Louca et al.，2016），將本研究的16S rDNA測序數據與FAPROTAX數據庫對比，分析功能基因在生物代謝通路上的豐度。

2 結果與分析

2. 1 馬鈴薯根際土壤樣品及病株塊莖樣品細菌多樣性分析結果

6個馬鈴薯根際土壤樣品和病株塊莖樣品測序共獲得685267條原始序列標簽（Raw tags），質控過濾后共產生650335條干凈序列標簽，每個樣品至少產生103692條干凈序列標簽，平均產生108389條干凈序列標簽，最終得到的干凈序列標簽平均長度集中在406～415 bp。在97%的相似水平下對序列進行OTU聚類，共獲得843個OTUs。

以OTU水平對6個樣品進行PCoA分析，結果（圖1-A）發現4個土壤樣品聚在一起，說明土壤樣品間的細菌群落結構更接近;而病株塊莖的2個樣品間距離較遠，且均與土壤樣品完全分開，說明病株塊莖樣品的細菌群落結構與土壤樣品的細菌群落結構存在較大差異。進行NMDS分析獲得的結果（圖1-B）與PCoA分析結果一致，4個土壤樣品幾乎完全重疊，而2個病株塊莖樣品間的距離很遠，且與土壤樣品的距離也很遠，說明與病株塊莖相比較，土壤樣品的細菌群落結構非常相似，細菌群落結構與樣品來源相關。

以α多樣性指數對土壤樣品與病株塊莖樣品的細菌群落多樣性進行比較，結果（表1和圖2）發現土壤樣品的細菌種類（OTU數目）、豐富度（Chao1指數）和多樣性（Shannon指數）均高于病株塊莖樣品，說明土壤樣品的細菌群落多樣性高于病株塊莖的細菌群落多樣性。

2. 2 馬鈴薯根際土壤細菌群落組成分析結果

對馬鈴薯根際土壤的4個樣品進行PCoA分析，此時4個樣品均發生了分離。其中，旱地輪作樣品HD.J和HD.B位于橫軸主坐標1（PCoA1）的正端，水旱輪作樣品SH.J和SH.B位于橫軸PCoA1的負端，PCoA1是造成4個樣品的最大差異特征，貢獻率為39.1%（圖3-A）;同時，健康馬鈴薯的根際土壤樣品HD.J和SH.J位于縱軸主坐標2（PCoA2）的正端，發病馬鈴薯的根際土壤樣品HD.B和SH.B位于縱軸PCoA2的負端，PCoA2是造成4個樣品的第二大差異特征，貢獻率為34.7%（圖3-B）。PCoA1和PCoA2的累積貢獻率達73.8%，能較全面地反映樣本信息。分析結果表明，馬鈴薯種植模式（旱地輪作或水旱輪作）是影響土壤細菌群落變化的最主要因素，貢獻率為39.1%，而馬鈴薯植株健康狀況是影響土壤細菌群落變化的第二大因素，貢獻率為34.7%。

對馬鈴薯根際土壤的4個樣品進行細菌種類、豐富度和多樣性分析，結果（表1）顯示，各樣品中按OTU數目排序為：HD.J>HD.B>SH.J>SH.B，按Chao1指數排序為：HD.J>HD.B>SH.J>SH.B，按Shannon指數排序為：SH.J>SH.B>HD.J>HD.B。說明雖然旱地輪作的土壤細菌群落種類較多，但水旱輪作的土壤細菌群落多樣性更高。結果也顯示，健株根際土壤細菌群落多樣性均高于相應病株土壤的細菌群落。

4個馬鈴薯根際土壤樣品的細菌歸屬于24門40綱83目129科181屬。在門水平上，相對豐度排前10的細菌類群依次為細菌界的變形菌門（Proteobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、Saccharibacteria和硝化螺旋菌門（Nitrospirae），以及古細菌界的奇古菌門（Thaumarchaeota）和廣古菌門（Euryarchaeota）（圖4-A）。其中，變形菌門是占絕對優勢的細菌門，在各樣品中的相對豐度分別為：27.98%（HD.B）、31.89%（HD.J）、45.46%（SH.B）和32.87%（SH.J）;其次是酸桿菌門，在各樣品中的相對豐度分別為：14.80%（HD.B）、19.12%（HD.J）、24.36%（SH.B）和30.83%（SH.J）。旱地輪作的2個樣品的細菌群落結構較相似，水旱輪作的2個樣品的細菌群落結構較相似。

在屬水平上（圖4-B），旱地輪作的2個樣品與水旱輪作的健株土壤樣品的細菌群落結構較相似，而水旱輪作的病株根際土壤樣品呈現出特有的細菌群落結構特征。以相對豐度大于1.00%的屬為優勢屬，分別取4個樣品的優勢屬進行比較，HD.B與HD.J的優勢屬均有10個，SH.J的優勢屬有9個，3個土壤樣品的優勢屬總相對豐度為23.00%～30.00%，而SH.B的優勢屬有19個，相對豐度之和為44.60%。在4個土壤樣品中均出現的優勢屬是奇古菌門的Candidatus_Nitrosotalea、Candidatus_Koribacter和Candidatu_Solibacter，以及變形菌門的鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）和羅河桿菌屬（Rhodanobacter），5個優勢屬在各樣品中所占的比例分別為15.92%（HD.B）、22.38%（HD.J）、15.67%（SH.B）和20.83%（SH.J），即5個優勢屬在病株土壤的相對豐度均低于健株土壤。在旱地輪作的病株根際土壤樣品中特有的優勢屬為節桿菌屬（Arthrobacter）、Mucilaginibacter、Dyella和纖線桿菌屬（Ktedonobacter），總相對豐度為5.06%;在水旱輪作的病株根際土壤樣品中特有的優勢屬為不動桿菌屬（Acinetobacter）、腸桿菌屬（Enterobacter）、果膠桿菌屬（Pectobacterium）、雷爾氏菌屬（Ralstonia）、水恒桿菌屬（Mizugakiibacter）、土地桿菌屬（Pedobacter）、泛菌屬（Pantoea）、Granulicella和伯克氏菌屬（Burkholderia），9個屬的總相對豐度為19.56%，除土地桿菌屬和Granulicella外，其余7個優勢屬均來自變形菌門，相對豐度總和為17.09%。在種水平上，在旱地輪作的病株根際土壤樣品中無豐度大于1.00%的優勢種，而水旱輪作的病株根際土壤樣品中特有的優勢種是軟腐病果膠桿菌（P. carotovorum）、雷爾氏菌（R. solanacearum）和不動桿菌（A. rudis），相對豐度分別為2.03%、1.46%和1.22%，其中軟腐病果膠桿菌和雷爾氏菌是馬鈴薯的主要病原細菌，可分別導致馬鈴薯黑脛病和青枯病發生。

2. 3 馬鈴薯病株塊莖細菌群落組成分析結果

PCoA分析和NMDS分析結果（圖1）均顯示，水旱輪作病株塊莖與旱地輪作病株塊莖的細菌群落結構發生顯著分離。對馬鈴薯的2個病株塊莖樣品進行細菌種類、豐富度及多樣性分析結果（表1）顯示，旱地輪作病株塊莖的細菌群落豐富度和多樣性均比水旱輪作的病株塊莖低。旱地輪作的馬鈴薯病株塊莖（P.HD.B）樣品細菌歸屬于12門16綱31目33科23屬;在門水平上，相對豐度排在前4的變形菌門（40.33%）、酸桿菌門（26.73%）、放線菌門（10.50%）和綠彎菌門（7.16%）的相對豐度總和達84.72%（圖5-A）;在屬水平上有11個優勢屬，相對豐度總和為24.10%，其中相對豐度最高的前3個屬為鞘氨醇單胞菌屬（5.01%）、Candidatus_Nitrosotalea（3.58%）和嗜鹽單胞菌屬（Halomonas）（3.10%）（圖5-B）。水旱輪作馬鈴薯病株塊莖（P.SH.B）樣品細菌歸屬于14門24綱43目51科47屬;在門水平，相對豐度排在前4的變形菌門（36.25%）、厚壁菌門（21.89%）、放線菌門（12.23%）和酸桿菌門（10.21%）的相對豐度總和達80.58%（圖5-A）;在屬水平有17個優勢屬，相對豐度總和為45.07%，其中相對豐度最高的前3個屬為奈瑟菌屬（Neisseria）（7.65%）、嗜血桿菌屬（Haemophilus）（5.67%）和鏈球菌屬（Streptococcus）（4.21%）（圖5-B），這3個屬在P.HD.B中均未檢測到。P.SH.B中除了包含P.HD.B檢測到的23個屬，還有5個屬是其所特有。P.SH.B特有的5個屬中有3個優勢屬在SH.B中未檢測到。

2. 4 細菌群落代謝功能預測結果

通過將16S rDNA基因測序數據與FAPROTAX數據庫比對，對不同菌落結構可能執行的功能進行預測，結果顯示化能異養型、有氧化能異養型和發酵3類功能在各樣品中的相對豐度均很高，其中在馬鈴薯病株塊莖中的相對豐度最高，分別為64.15%（P.HD.B）和71.89%（P.SH.B），在旱地輪作土壤樣品中的相對豐度較低，分別為61.25%（HD.B）和57.56%（HD.J），在水旱輪作土壤樣品中的相對豐度最低，分別為44.93%（SH.B）和51.07%（SH.J）（圖6）。3類功能中，發酵在P.SH.B樣品中的相對豐度高達21.36%，在其他樣品中的相對豐度在1.84%～4.41%。這是由于與發酵相關的嗜血桿菌屬及鏈球菌屬是P.SH.B樣品的優勢屬。以相對豐度大于1.00%為優勢功能，則只在病株土壤樣品中發現特有的優勢功能。其中，旱地輪作的病株根際土壤樣品特有的優勢功能是產甲烷作用，相對豐度為1.18%，而該樣品富含奇古菌門的甲烷微菌綱（Methanomicrobia）。在水旱輪作病株根際土壤樣品中特有的優勢功能種類較多，包括硝酸鹽呼吸作用、氮呼吸作用、亞硝酸鹽呼吸作用、亞硝酸鹽氨化作用和硝酸鹽氨化作用，均屬于氮利用及代謝功能，相對豐度為1.48%～1.95%。

3 討論

植物生長與其根際土壤微生物密切相關，植物通過根系分泌物可影響土壤的理化性質，進而影響土壤微生物群落組成和結構（Chen et al.，2019）。研究表明，不同種植模式對土壤微生物群落結構形成有明顯的影響（張文鋒等，2018;Hartman et al.，2018）。而本研究通過比較根際土壤樣品間細菌群落差異也發現，不同種植模式對馬鈴薯根際土壤細菌群落的影響較大。雖然旱地輪作模式下根際土壤細菌群落種類更多，但其多樣性不高，優勢屬的數量及總豐度均低于水旱輪作模式。早期研究報道，輪作模式可促進土壤中有機質的積累，從而提高土壤中的微生物多樣性，而水旱輪作模式在積累土壤有機物質、改善土壤性質及提高土壤微生物活性方面成效特別顯著。水旱輪作模式下，土壤環境為厭氧及好氧條件交替，土壤中的碳/氮循環加速，是水旱輪作模式土壤中的微生物多樣性高于旱地輪作模式的主要原因（Kong et al.，2005;Liu et al.，2015）。本研究發現水旱輪作模式下的優勢屬伯克氏菌屬和果膠桿菌屬已有文獻報道具有高效固氮作用，其氮利用及代謝功能更強，能有效利用高分子量有機物，起到更好的固氮作用，既促進作物生長，又促使作物更能適應水旱輪作模式（Gyaneshwar et al.，2011）。本研究對細菌功能進行預測的結果也顯示，水旱輪作模式下的氮利用及代謝功能更強，是由于水旱輪作模式下富集了大量的可高效降解利用氮源等多種有機質的細菌，從而為馬鈴薯生長提供更多的營養物質。

植物健康與其土壤微生物群落多樣性密切相關。本研究發現，馬鈴薯健康植株的根際土壤細菌群落多樣性明顯高于病株細菌群落多樣性。但水旱輪作模式的病株土壤樣品微生物多樣性高，優勢屬多，且病原菌的相對豐度也高?？梢?，水旱輪作模式的土壤環境也促進病原菌的生長，病原菌相對豐度升高，增加了細菌性病害發生的風險。研究結果提示，水旱輪作模式會促進營養利用率高的細菌包括植物病原細菌增殖，因此在該種植模式下需要特別注意防治細菌性病害。

本研究還發現馬鈴薯病株塊莖的細菌群落種類及多樣性明顯低于其根際土壤的細菌群落，但在根際土壤樣品中能找到很多與馬鈴薯病株塊莖樣品中相似的細菌類群，這在一定程度上說明馬鈴薯病株塊莖內定殖的細菌具有選擇性，并且主要來源于根際土壤。相關研究也發現類似的定殖規律，但根系分泌的糖類、氨基酸和有機酸等物質與塊莖內的主要營養物質存在明顯差別，即使塊莖內的微生物主要來源于根際，也會因其營養環境改變而定殖特定的微生物（Kobayashi et al.，2015;Zimudzi et al.，2018;Buchholz et al.，2019）。

4 結論

與旱地輪作模式相比較，水旱輪作模式下的馬鈴薯根際土壤細菌相對豐度和多樣性更高，優勢屬的種類和相對豐度也更高。因此，通過水旱輪作的方式可改善土壤微生物的種群結構，豐富土壤中有益細菌，但在該種植模式下病原細菌也容易大量繁殖，因此使用該種植模式需特別注意防治馬鈴薯細菌性病害。

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（責任編輯 麻小燕）