接种摩西管柄囊霉(
F. mosseae
)对连作大豆根系代谢物和根际土壤特性的影响
期刊：
International Journal of Molecular Sciences
发表时间：
2018.07
长期连作使大豆根际积累了有机酸，导致土壤由中性土壤变为酸性土壤。酸性土壤有利于真菌(青霉、镰刀菌、根霉)的生长，抑制细菌和放线菌的繁殖，从而导致土壤微生物群落的类型和数量发生重大变化。同时，长期连作会导致植物分泌的有毒有害代谢物的富集、土壤酶活性和有机质含量的下降。最终导致大豆病虫害的频繁发生，大豆产量和质量明显下降。
丛枝菌根真菌（AMF）是专性的互生共生体，与土壤微生态系统中的植物根形成特定的相互作用，通过影响植物代谢和防御相关基因的表达，可以在植物防御反应的调控中发挥作用，提高对病害、虫害、干旱和重金属污染的抵抗力，以及维持土壤生态系统多样性和微生态系统稳定性。
本研究旨在分析接种摩西管柄囊霉菌对连作条件下两个不同抗性大豆品系（HN48和HN66）根腐病指数、代谢物含量、微生物群落变化等的影响，进而探索
F. mosseae
减轻连作系统中大豆根腐病和增加大豆生物量的方法。
样本：
两个大豆品系HN48（不抗根腐病）和HN66（抗根腐病）分别种在接种和不接种
F. mosseae
的不同大豆连作年限的土壤中（盆栽）。取根际土壤和根组织样本进行实验，n=6。不同连作年限、不同处理的根系和土壤样品分别为RC0、RC1、RC3、SC0、SC1、SC3和RT0、RT1、RT3、ST0、ST1、ST3。（R为根组织，S为土壤，C为未接种
F. mosseae
，T为接种
F. mosseae
）。
1.生理生化指标评价
：根腐病指数和AMF定植率、大豆地上/地下干重、大豆株高、土壤有机质含量、土壤中铵态氮和有效磷的含量-
F. mosseae
可以减少连作大豆中根腐病的发生，增加连作大豆的生物量，改善大豆根际微环境
图1. 大豆不同连作年份土壤盆栽试验中的根腐病指数
注：C0、C1、C3分别代表将大豆种在未接种
F. mosseae
的正常土壤中、一年连作大豆土壤中、三年连作大豆土壤中。所有实验均在盆栽实验中进行。（A，B）x轴为大豆种植天数；（C）x轴为种植大豆土壤的连作年份。单星号表示p<0.05；双星号表示p<0.01。
图2. 大豆不同连作年份土壤盆栽试验中的AMF定殖率
注：C0 / T0分别代表将大豆种在未接种/接种
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的正常土壤中、一年连作大豆土壤中、三年连作大豆土壤中。所有实验均在盆栽实验中进行。（A，B，D）x轴为大豆种植天数；（C）X轴x轴为种植大豆土壤的连作年份。四星号表示p<0.0001。
根腐病指数（形态观察分析）
：两个品系大豆根腐指数都随生长期和连作年限的增加而逐渐增加（图1A，B）；大豆长至93天时
治疗组的大豆根腐病指数低于对照组
（图1C）。
AMF定植率（酸品红染色）
：随着连作年限的增加，AMF的定殖率下降（图2A，B）；种植第93天时接种
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显著提高了不同连作年限土壤中大豆AMF的定殖率（图2C）；
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接种后，治疗组中AMF的定殖率显著增加，HN48中的定殖率比HN66中早达到100％（图2D）
。
图3. 不同连作年份土壤盆栽试验中两个大豆品种的生物量
注：1、2、3分别表示将大豆种植在正常土壤中、一年连作的土壤中、三年连作的土壤中。单星号表示p <0.05；双星号表示p <0.01。
图4. 连作不同年份土壤中两个大豆品种对AMF的依赖性
注：1、2、3分别表示将大豆种植在正常土壤中、一年连作的土壤中、三年连作的土壤中。单星号表示p <0.05。
大豆地上/地下干重和大豆株高：
随着连作年限的增加，两个大豆品种的株高和地上及地下干重逐年下降（图3），这表明
连作年数对大豆生物量产生了负面影响
。此外，连作年限对植物高度、地上和地下干重的相对影响因大豆品种而异，这表明具有不同遗传背景的大豆品种在抗病性方面可能有所不同。
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接种后，在所有连作年份中，两个品种的株高以及地上和地下干重均增加，这表明
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对植物生物量具有正向作用
。HN48和HN66中的AMF依赖性结果表明，
HN48中的AMF依赖性相对较高
（图4）。
图5. 不同连作年份土壤盆栽试验中两个大豆品种根际土壤的理化特性
注：1、2、3分别表示将大豆种植在正常土壤中、一年连作的土壤中、三年连作的土壤中。单星号表示p <0.05；双星号表示p <0.01；三重星号表示p <0.001。
土壤有机质含量：
随着连作年限的增加，未接种
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组HN66的根际土壤有机质含量逐渐降低（图5A）；未接种
F. mosseae
组HN48表现出先升高后降低的趋势（图5A），表明根际
土壤有机质含量与连作年限有关
；
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接种后，所有连作年份两个品种的根际土壤有机质含量均增加。
土壤中铵态氮含量：
随着连作年限的增加，根际土壤中的氨氮含量呈先降低后增加的趋势（图5B），表明
连作年限与根际土壤中的氨氮含量之间存在相关性
。
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接种后，连作三年两个品种的根际土壤氨氮含量增加（图5B）。
土壤中的有效磷含量：
随着连作年限的增加，根际土壤中的有效磷含量也呈现先降后升的趋势（图5C），表明
连作年限与根际土壤中的有效磷含量之间存在相关性
。
F. mosseae
接种后，连作三年两个品种的根际土壤有效磷含量都增加了（图5C）。
2. 大豆根组织代谢组分析-GC-MS
：
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接种影响大豆根组织的代谢谱
PCA表明，不同连作年限下根腐病易感品种HN48和根腐病抗性品种HN66的根组织在接种或未接种
F. mosseae
的情况下代谢物均存在差异。HN48 / 66-R0C，HN48 / 66-R1C，HN48 / 66-R3C，HN48 / 66-R0T，HN48 / 66-R1T和HN48 / 66-R3T能区分开，未接种
F. mosseae
组和接种
F. mosseae
组之间存在一定距离，表明
F. mosseae
接种会影响不同连作年份下HN48和HN66根组织代谢谱
。
基于VIP> 1和p < 0.05，从HN48和HN66的根组织代谢物中分别筛选出八个和七个差异色谱峰，比对NIST 11.5数据库，相应的化合物类型如表1和表2所示。
表1. 不同连作年份土壤的盆栽试验中HN48根组织的代谢物
表2. 不同连作年份土壤的盆栽试验中HN66根组织的代谢物
HN48和HN66的根组织中差异代谢物包括有机酸、酯和有机烃。KEGG注释结果表明，2-羟基丙酸属于多酚降解途径，而十六烷酸和cis-9-十六烯酸属于脂肪酸生物合成途径。综上，
F. mosseae
接种会影响HN48和HN66的根组织代谢物
。
3. 根际土壤代谢组分析-GC-MS
：
F. mosseae
接种影响大豆根际土壤的代谢谱
PCA表明， HN48 / 66-S0C、HN48 / 66-S1C、HN48 / 66-S3C、HN48 / 66-S0T、HN48/66-S1T和HN48/66-S3T能区分开，未接种
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与接种
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之间存在一定距离，这表明在连作不同年份的情况下，
接种
F. mosseae
会影响HN48和HN66中根系分泌物的组成
。
基于VIP> 1和p < 0.05，从HN48和HN66的根系分泌物中分别筛选出8个色谱峰和10个色谱峰，并与NIST 11.5数据库进行比较，相应的化合物如表3和表4所示。
表3. 不同连作年份土壤的盆栽试验中HN48的根系分泌物
表4. 不同连作年份土壤的盆栽试验中HN66的根系分泌物
HN48和HN66的根系分泌物包括酯、苯同系物和衍生物、萘衍生物、苯酚和烃。综上表明，
F. mosseae
接种会影响HN48和HN66中的根系分泌物
。
探索
F. mosseae
减轻连作系统中大豆根腐病和增加大豆生物量的方法。
研究结果：
1.
F. mosseae
可以减少连作大豆中根腐病的发生。
2.
F. mosseae
接种会影响大豆根部和根际土壤的代谢谱。
3.
F. mosseae
接种可增加连作大豆的生物量。
4.
F. mosseae
接种可以改善大豆根际微环境。
