趙明（1985-），副研究員，主要從事果樹育種與栽培研究工作。獲第十 五屆廣西青年科技獎(jiǎng)、第二十二批廣西“十百千”人才工程第二層次人選、廣西首屆特聘青年專家崗位、廣西三八紅旗手等榮譽(yù)。主持或參加國家自 然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家香蕉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)、廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)專項(xiàng)等 項(xiàng)目20余項(xiàng)。獲各級(jí)科技獎(jiǎng)8項(xiàng)，其中廣西科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等 獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。選育香蕉和葡萄品種10個(gè)，其中國家農(nóng)作物審定委 員會(huì)審定品種1個(gè)、植物新品種權(quán)5個(gè)、廣西農(nóng)作物審定委員會(huì)審定品種 4個(gè)。獲授權(quán)國家發(fā)明專利7項(xiàng)、實(shí)用新型專利6項(xiàng)。以第一作者或通訊作 者在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文38篇。作為主要作者撰寫學(xué)術(shù)專 著1部；編制技術(shù)規(guī)程11項(xiàng)，其中國家綠色食品標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、廣西地方標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。

摘要：【目的】分析抗枯萎病香蕉品種宿根連作根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征變化，為深入研究抗枯萎病香蕉品 種宿根連作抗性增強(qiáng)的作用機(jī)制及利用生防微生物進(jìn)行香蕉枯萎病綠色防控提供理論依據(jù)?！痉椒╙以抗枯萎病香蕉 品種寶島蕉為試驗(yàn)材料，在枯萎病發(fā)病嚴(yán)重土壤上宿根連續(xù)種植3造：組培苗第一代（第1造）、宿根第一代（第2造）和 宿根第二代（第3造），調(diào)查各造枯萎病發(fā)病率，四分法采集各造土壤樣本并測定土壤化學(xué)性質(zhì)；采集第1造健康和發(fā)病 植株、第2和第3造健康植株的根際土壤樣本，分別編號(hào)為S1、V、S2和S3， 重復(fù)3次，利用lumina 高通量測序平臺(tái)對 12個(gè)土壤樣本的細(xì)菌16S rRNA和真菌ITS區(qū)進(jìn)行測序分析；采用樣本復(fù)雜度（Alpha多樣性指數(shù)）、主坐標(biāo)（PCoA）和 UPGMA聚類分析土壤樣本細(xì)菌和真菌群落的豐富度和多樣性、門和屬水平上的群落構(gòu)成及相對豐度差異；通過 Spearman分析優(yōu)勢微生物群落與鐮刀菌屬的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】抗枯萎病香蕉品種寶島蕉連續(xù)種植3造根際土壤化學(xué)性 質(zhì)未發(fā)生明顯改變，種植第3造的香蕉枯萎病發(fā)病率顯著低于第1和第2造（Plt;0.05） 。隨著種植年限的增加，根際 土壤細(xì)菌群落的多樣性整體呈逐年下降趨勢，而真菌群落的多樣性整體呈逐年上升趨勢。連作改變了香蕉根際 土壤微生物的群落構(gòu)成，S2和S3細(xì)菌和真菌的群落結(jié)構(gòu)相近，明顯與S1和V群落結(jié)構(gòu)分離。S2和S3的壺菌門（Chy- tridiomycota）的相對豐度較S1分別低88.02%和89.51%，F(xiàn)ungi_phy_Incertae_sedis的相對豐度分別高41.56%和 82.81%，S3鐮刀菌屬（Fusarium）的相對豐度較S1、S2分別低45.60%和50.47%，與留芽種植宿根蕉抗性表現(xiàn)增強(qiáng)相 關(guān)。發(fā)病植株根際土壤中變形菌門（Proteobacteria）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）的相對豐度較高，而酸桿菌門（Acidobacteriota）的相對豐度較低。球囊菌門（Glomeromycota）、毛霉門（Mucoromycota）、隱真菌門（Rozellomycota） 和壺菌門（Chytridiomycota）的相對豐度均與鐮刀菌呈負(fù)相關(guān)。【結(jié)論】宿根第3造蕉的發(fā)病率最低，其根際土壤與第1 造發(fā)病植株根際土壤的細(xì)菌和真菌群落差異明顯，推測根際土壤微生物群落豐富度、多樣性和群落構(gòu)成改變是抗枯 萎病香蕉品種宿根連作抗性增強(qiáng)的原因。

關(guān)鍵詞：香蕉；抗枯萎??；宿根連作；根際土壤；微生物群落

中圖分類號(hào)：S668.106.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2024）01-0001-12

Analysis of changes in rhizosphere soil microbial community structure of banana varieties resistant to wilt disease under continuous cropping

ZHAO Ming'，SU Zu-xiang'，LONG Fang'，ZOU Yu1，MO Tian-li1，HUANG Xiang' ， LI Kai2，CHEN Yu-feng2，SHENG Jing-wen'，WU Peng

（'Bio-technology ResearchInstitute，GuangxiAcademy of Agricultural Sciences，Nanning，Guangxi 530007，China;2Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，Chinese Academyof Tropical Agricultural Sciences，Haikou，Hainan 571101，China ）

Abstract： [Objective]To analyze the changesin soil microbial community structure in the rhizosphere of banana varie- ties resistant to wilt disease through continuous cropping，providing a theoretical basis for in-depth research on the mechanism of enhanced resistance of banana varieties to wilt disease through continuous cropping and the use of biocon- trol microorganisms for green prevention and control of banana wilt disease.【Method]The fusarium wilt resistant banana variety Baodao banana wasused as the experimental material，and the perennial roots were planted continuously for three generations on the soil with severe fusarium wilt disease：the first generation of tissue culture seedlings（the first genera- tion），the first generation of perennial roots（the second generation），and the second generation of perennial roots（the third generation）.The incidence rate of fusarium wilt of each generation was investigated，and the soil samples of each generation were collected by quartering method and the chemical properties of the soil were determined.Collected rhizo- sphere soil samples from healthy and diseased plants of the first generation，as well as healthy plants of the second and third generations，numbered as S1，V，S2 and S3，and repeated 3 times.Used Ilumina high-throughput sequencing plat- form to sequence and analyze the bacterial 16S rRNA and fungal ITS regions of 12 soil samples;utilized sample complexi- ty（Alpha diversity index），principal coordinates（PCoA），and UPGMA clustering analysis were used to analyze the rich- ness and diversity of bacterial and fungal communities in soil samples，as well as differences in community composition and relative abundance at the phylum and genus levels;analyzed the correlation between dominant microbial communities and the Fusarium through Spearman correlation analysis.[Result]The chemical properties of the rhizosphere soil of the banana variety Baodao banana with resistance to fusarium wilt did not change greatly after three successive generations of cultivation.The incidence rate offusarium wilt of the third generation of banana was significantly lower than that of the first and second generation of banana（Plt;0.05）.With the increase ofplanting years，the overall diversity of rhizosphere soil bacterial communities was decreasing year by year，while theoverall diversity of fungal communities was increasing year by year.Continuous cropping changed the microbial community composition of banana rhizosphere soil，andthe bac- terial and fungal community structures in S2 and S3 were similar，clearly separated from those in S1 and V.The relative abundance of Chytridiomycota in S2 and S3 were 88.02%and 89.51%lower than that in SI respectively，the relative abundance of Fungi_phy_Incertae_sedis phylum were 41.56%and 82.81%higher，respectively.The relative abundanceof Fusarium in S3 was 45.60%and 50.47%lower than that in S1 and S2 respectively，which was related to the enhanced re- sistance performance of perennial banana planted with buds.The relative abundance ofProteobacteria and Basidiomycota in the rhizosphere soil of diseased plants was high，whilethe relative abundance of Acidobacteriota was low.The relative abundance of Glomeromycota，Mucoromycota，Rozellomycota，and Chytidiomycota was negatively correlated with Fusarium.【Conclusion]The incidence rate of the third generation ofbanana is the lowest，and the bacterial and fungal communities in the rhizosphere soil are greatly different from those in the rhizosphere soil of the infected first generation of banana plant.It is speculated that the changes in the richness，diversity and composition of the microbial community in the rhizosphere soil are the reasons for the enhanced resistance of banana varietiesto fusarium wilt

Key words：banana;wilt disease resistance;continuous cropping;rhizosphere soil;microbial community

Foundation items： Guangxi Science and Technology Key Project（Guike AA22068090）;Guangxi Natural Science Foundation（2022GXNSFAA035543）;ChinaAgriculture Research System（CARS-31）;Science and Technology Develop- ment Fund of GuangxiAcademy of Agricultural Sciences（Guinongke 2024YP069）

0 引言

【研究意義】由尖孢鐮刀菌古巴?；停‵usarium oxysporum f.sp.cubense，F(xiàn)oc）侵染引起的香蕉枯萎 病（Fusarium wilt of banana）是世界危害最嚴(yán)重的植 物土傳病害之一，也是限制香蕉產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)性 發(fā)展的首要因素（Ploetz，2015; 李華平等，2019）。種 植抗枯萎病香蕉品種是控制該病害蔓延的有效途徑 （孫雪麗等，2018），而土壤根際微生物群落在植物抗 病過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用（Mendes et al.，2018;Hanif et al.，2019;Gao et al.，2021;Ge et al.，2021;Liu et al.，2021） 。因此，研究抗枯萎病香蕉品種宿根連作 根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征變化規(guī)律，對解析宿 根連作抗枯萎病香蕉的抗病性及枯萎病防控策略制 定均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】鄧曉等（2013） 研究發(fā)現(xiàn)，香蕉枯萎病患病與健康蕉園土壤微生物 群落功能多樣性存在明顯關(guān)聯(lián)?；疾≈仓昱c健康植 株根系土壤中的可培養(yǎng)微生物數(shù)量與植株患病程度 呈負(fù)相關(guān)，而病原菌數(shù)量與植株患病程度呈正相關(guān)。 諸多研究表明香蕉品種枯萎病抗性與根際土壤可培 養(yǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)有關(guān)（張艷等，2023）。張曼（2016）對香蕉抗病和感病品種根際微生物對比研究 發(fā)現(xiàn)，抗病品種細(xì)菌多樣性和豐度高于感病品種，而 真菌豐度則相對較低。在真菌門水平上，抗病品種 根際土壤中擔(dān)子菌門（Basidiomycota）和接合菌門 （Zygomycota）的相對豐度較高，子囊菌門（Ascomy- cota）的相對豐度較低。在細(xì)菌門水平上，擬桿菌門 （Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）和厚壁菌 門（Firmicutes）的相對豐度較高，纖維桿菌門（Fibro- bacteres）和綠彎菌門（Chloroflexi）相對豐度較低；漆 艷香等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，香蕉抗病品種根際細(xì)菌和 放線菌數(shù)量明顯高于感病品種，而真菌和病原菌數(shù) 量則相對較低。根際微生物數(shù)量與品種抗性呈顯著 正負(fù)相關(guān)?？箍菸∠憬缎缕贩N根系分泌物對枯萎 病病原菌孢子有致死或抑制生長的作用（左存武等， 2010）。此外，一些重要的農(nóng)作物連續(xù)種植形成了土 壤微生物的正向反饋效應(yīng)，在小麥連作條件下，土壤 中存在豐富的拮抗菌，導(dǎo)致全蝕病發(fā)生率穩(wěn)定下降（Schreiner et al.，2010）;甜菜連作條件可誘導(dǎo)形成疾 病抑制型土壤（保持對病原體免疫抵抗力的土壤）， 在該型土壤中即使存在致病性的病原體，但作物發(fā) 病癥狀表現(xiàn)輕微（Schlatter et al.，2017）。大量研究表明，當(dāng)受到病蟲害脅迫時(shí)，植物會(huì)迅速“呼救”，招 募和豐富特定的有益微生物群落，使土壤微生物群落的組成和功能發(fā)生重大變化，有益微生物通過多種方式幫助植物抵抗病原菌，如分泌抗生素或競爭 資源。例如，假單胞菌能夠產(chǎn)生具有抑菌活性的物 質(zhì)，從而抑制禾谷鐮刀菌的生長和毒素合成（Chen et al.，2018）;非致病性鐮刀菌與病原性鐮刀菌在健 康西瓜植株的根際競爭棲息地，減輕了西瓜枯萎病 的暴發(fā)（Ge et al.，2021）;番茄根際中的有益細(xì)菌通 過與青枯菌競爭獲得資源以抑制青枯菌的生長 （Kwak et al.，2018;Gu et al.，2020;Lee et al.，2021） ， 馬鈴薯塊莖蛾取食脅迫能提高馬鈴薯根際土壤微生 物群落的功能多樣性（唐芬芬等，2023）。此外，有益 微生物還能激活植物免疫系統(tǒng)，幫助植物抵抗病原 體，例如誘導(dǎo)系統(tǒng)性抗性（Induced systemic resis- tance，ISR）（Pieterse et al.，2014;Ge et al.，2022）。辣 椒、西瓜等植株的根系被尖孢鐮刀菌侵染后，能顯著 調(diào)節(jié)具有抗病促生長功能的微生物類群落富集 （Gao et al.，2021;Ge et al.，2022）。番茄葉片受到病 原菌入侵后，根系分泌大量L-蘋果酸，招募枯草芽孢 桿菌FB17誘導(dǎo)免疫應(yīng)答（Rudrappa et al.，2008）。當(dāng) 擬南芥被霜霉病病原體入侵時(shí)，有益菌株在受感染 植株的根際大量富集，從而增加植株的抗病能力，研究還表明，第1造植株感染霜霉病，相同土壤栽培的 第2造植株抗病性增強(qiáng)（Berendsen et al.，2018;Jun et al.，2018）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前期研究發(fā)現(xiàn)，抗枯萎 病香蕉品種的發(fā)病率隨著栽培年限的增加呈逐年下 降趨勢，留芽栽培宿根蕉抗性表現(xiàn)增強(qiáng)，目前，有關(guān) 抗枯萎病香蕉品種根系感染病原菌后如何招募有益 微生物改變根際微生物群落多樣性及組成以保護(hù)植 物免受病原菌侵染的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵 問題】通過在枯萎病嚴(yán)重發(fā)病土壤上宿根連續(xù)種植 抗枯萎病香蕉新品種寶島蕉，從第1造開始連續(xù)調(diào) 查評價(jià)3造蕉田間枯萎病的發(fā)生情況，測定土壤營 養(yǎng)成分性質(zhì)，并利用Ⅲlumina Novaseq高通量測序技 術(shù)和生物信息學(xué)手段，對香蕉根際土壤微生物群落 相對豐度、群落組成和多樣性進(jìn)行深入調(diào)查與分析， 同時(shí)分析優(yōu)勢微生物群落與鐮刀菌屬的相關(guān)性，評 估差異微生物在促進(jìn)植株抗枯萎病能力方面的作 用，為深入研究抗枯萎病香蕉品種宿根連作抗性增 強(qiáng)的作用機(jī)制及利用生防微生物進(jìn)行香蕉枯萎病綠 色防控提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

田間定位觀察試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西南寧市隆安縣 那桐鎮(zhèn)香蕉種植示范基地（23°0'42.81\"N，107°5 1′ 40.40\"E）。該基地前茬種植非抗病品種香蕉苗，枯萎病發(fā)病率達(dá)50%以上，于2019年3月?lián)Q種抗枯 萎病香蕉品種寶島蕉（熱帶作物品種審定編號(hào)： 2021010）組培苗，年季間蕉園管理水平一致，條件良 好。于2019—2022年連續(xù)進(jìn)行組培苗第一代（第1 造）、宿根第一代（第2造）及宿根第二代（第3造）的 田間調(diào)查和土壤樣本采集，前1造香蕉采收結(jié)束后 統(tǒng)一留芽進(jìn)行后1造試驗(yàn)，設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面 積約為667 m2。主要試劑：D5625-02 Soil DNA Kit （200）試劑盒購自美國Omega Bio-Tek公司。

1.2 枯萎病發(fā)病率調(diào)查

于2019—2022年田間發(fā)現(xiàn)感病香蕉植株開始， 每周定期觀察、記錄感病香蕉植株的數(shù)目，待連續(xù) 3周無新增感病植株，計(jì)算枯萎病發(fā)病率?？菸“l(fā)病率（%）=發(fā)病植株數(shù)/總種植株數(shù)×100。

1.3 土壤采集方法

各小區(qū)發(fā)病率統(tǒng)計(jì)結(jié)束后進(jìn)行土壤樣本采集。 參照Bonilla等（2012）的方法采集各小區(qū)蕉園土壤 樣本，收集香蕉滴水線以內(nèi)30 cm 土壤，每份為收集 10株香蕉的土樣混合。通過四分法保留1 kg左右土 壤樣本，新鮮土壤過篩后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干用于 土壤營養(yǎng)成分指標(biāo)測定。

采集第1造健康和發(fā)病植株、第2、3造健康植株 的根際土壤樣本，分別編號(hào)為S1、V、S2和S3， 樣本 收集方法參照陶成圓（2020），收集植株的部分根系， 將根系表面附著的土壤抖落后置于三角瓶中，加入 生理鹽水后搖床振蕩30 min， 超聲波清洗5 min， 最 后將土壤懸液離心，得到的沉淀即為根際土壤樣本， 保存于-80℃冰箱用于土壤微生物分析。每10株香 蕉收集的根際土壤作為1個(gè)土樣，3次重復(fù)樣本如S1_1、S1_2和S1_3依次編號(hào)。

1.4 土壤化學(xué)性質(zhì)測定

參照鮑士旦（2000）的方法，采用玻璃電極酸度 計(jì)測定土壤pH， 重K?Cr?O，水合熱法測定有機(jī)質(zhì)，半 微量凱氏定氮法測定總氮含量，CaC??浸提法測定氨 態(tài)氮及硝態(tài)氮含量，NaHCO?浸提法測定速效磷含量 和火焰光度計(jì)NH?OAc法浸提測定速效鉀含量。

1.5 土壤微生物群落高通量測序分析

參照D5625-02 Soil DNA Kit（200）試劑盒操作 說明提取土壤總DNA。委托武漢邁維代謝生物 科技股份有限公司進(jìn)行PCR擴(kuò)增、文庫準(zhǔn)備及上機(jī) 測序。細(xì)菌多樣性鑒定用16S rRNA序列V4區(qū)引物 為341-F：5'-CCTACGGGNGGCWGCAG-3 '和805-R： 5'-GACTACHVGGGTATCTAATCC-3';真菌多樣性 鑒定用ITS1序列引物 ：ITS1（5'-CTTGGTCATTTAG AGGAAGTAA-3'）和 ITS2（5'-GCTGCGTTCTTCAT CGATGC-3'）。PCR反應(yīng)體系30.0 μL：Phusion Mas- ter Mix（2×）15.0μL，1 μmol/L正、反向引物各0.2 μL， 1 ng/μL總DNA10.0μL，ddH?O 補(bǔ)足至30.0μ L。擴(kuò) 增程序：98 ℃預(yù)變性1 min;98℃10 s，50℃ 30 s， 72℃30s， 進(jìn)行30個(gè)循環(huán)；72℃延伸5 min。2% 瓊 脂糖凝膠電泳檢測產(chǎn)物，使用Qiagen公司提供的試 劑盒回收目的條帶并進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR 檢測。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2019和SPSS 19.0分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以 Duncan's 法進(jìn)行多重比較。使用R 軟件包（v4.2.0） phyloseq（v1.40.0） 計(jì)算Alpha多樣性指數(shù)，分析可 觀察ASV（Observed_ASV）、Chaol、ACE、Shannon和 Simpson指數(shù)等；基于物種注釋結(jié)果，使用主坐標(biāo)分 析（PCoA） 評估組間在物種組成上的相似性和差異 性；采用Unweighted Unifrac距離矩陣作UPGMA聚 類分析；采用Spearman法計(jì)算細(xì)菌和真菌群落門水 平上的相對豐度并分析與尖孢鐮刀菌的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 宿根連作蕉園土壤養(yǎng)分狀況分析結(jié)果

抗枯萎病香蕉品種寶島蕉連續(xù)種植3造的蕉園 土壤化學(xué)性質(zhì)結(jié)果見表1。不同種植造次對蕉園土 壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量有顯著影響（Plt;0.05， 下同），第 2、3造與第1造相比土壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量顯著下 降；速效磷含量隨種植年限延長呈增加的趨勢，第3 造土壤速效磷含量顯著高于第1和第2造，說明土壤 磷含量顯著富集；3造間的土壤pH 和氨態(tài)氮、硝態(tài) 氮、速效鉀含量等4個(gè)指標(biāo)間無顯著差異（Pgt;0.05，下同）。由枯萎病發(fā)病率田間調(diào)查結(jié)果（表2）可知， 第1造香蕉枯萎病發(fā)病率最高，平均為15.7%，顯著 高于第2（8.4%）和第3（3.5%）造的香蕉枯萎病發(fā)病 率均值。表明隨著種植年限的增加，枯萎病的發(fā)病 率呈逐年顯著下降趨勢，而留芽種植宿根蕉則表現(xiàn) 出更強(qiáng)的抗性。

2.2 宿根連作香蕉根際土壤微生物群落豐富度和 多樣性分析結(jié)果

分析連續(xù)種植3造香蕉根際土壤樣本Alpha多 樣性指數(shù)，可反映土壤樣本微生物群落的豐富度和 多樣性（表3）?？捎^察ASV數(shù)表示直接觀測到的物 種數(shù)目，在根際土壤樣本組中，S1細(xì)菌群落的可觀 察ASV數(shù)目顯著高于S2為8.11%，而S2細(xì)菌群落的 可觀察ASV數(shù)目顯著高于S3為19.04%，S1、S2和S3 中細(xì)菌群落可觀察ASV數(shù)目均明顯高于V 。Chaol 和ACE指數(shù)代表微生物的群落豐富度，二者均是估 計(jì)樣本中包含的物種總數(shù)，數(shù)值越大表示群落豐富 度越高。本研究中，S1細(xì)菌Chaol和ACE指數(shù)均顯 著高于S2， 分別顯著增加9.29%和1.00%;而S2中細(xì) 菌群落Chaol 和ACE指數(shù)均顯著高于S3， 分別增加 18.69%和18.40%;S1、S2和S3中細(xì)菌群落Chaol 和 ACE指數(shù)明顯高于V; 宿根連作香蕉根際土壤細(xì)菌 群落Chaol 和ACE指數(shù)變化趨勢結(jié)果與可觀察 ASV數(shù)一致，表明寶島蕉組培苗第一代健康植株根 際土壤細(xì)菌群落的豐富度最高，而組培苗第一代發(fā) 病植株根際土壤細(xì)菌群落的豐富度最低；隨著種植 年限的增加，根際土壤細(xì)菌群落的物種數(shù)目和豐富度呈下降趨勢。Shannon指數(shù)表示估算樣本中微生 物多樣性，其數(shù)值越大表示群落多樣性越高，而 Simpson指數(shù)反映優(yōu)勢種在群落中的地位和作用，也 稱為生態(tài)優(yōu)勢度，Simpson指數(shù)值越小說明群落多樣 性越高，Simpson指數(shù)越大說明群落多樣性越低。本 研究中，S1、S2和S3中Shannon指數(shù)呈逐年降低趨 勢，分別比V顯著高20.42%、13.39%和10.83%;S1、S2和S3間的Simpson指數(shù)無顯著差異，分別比V顯 著低3.61%、3.82%和3.72%，表明隨著種植年限的增 加，根際土壤細(xì)菌群落的多樣性呈逐年下降趨勢；而 健康植株根際土壤細(xì)菌群落的多樣性和物種分布均 勻度均高于發(fā)病植株。

S1、S2和S3中真菌群落可觀察ASV數(shù)呈逐年 增加趨勢，明顯高于V， 其中，S2和S3真菌群落可觀 察ASV數(shù)顯著高于S1， 分別增加41.03%和41.46%， S2與S3 間 無顯著差異；S1、S2和S3真菌群落Chaol 指數(shù)呈逐年增加趨勢，且顯著高于V，S2 和S3 Chaol 指數(shù)顯著高于S1，分別高59.26%和61.16%，S2與S3 間無顯著差異；S1、S2和S3真菌群落ACE指數(shù)呈逐 年上升趨勢，且顯著高于V，S2 和S3 ACE指數(shù)顯著 高于S1， 分別高52.84%和53.64%，S2 與S3間 無顯 著差異。在宿根連作香蕉根際土壤真菌群落中， Chaol和ACE指數(shù)的變化趨勢與可觀察ASV 數(shù)較 一致，表明抗枯萎病香蕉品種留芽種植宿根蕉根際 土壤真菌群落的豐富度劇烈增加，顯著高于組培苗 一代蕉；組培苗一代蕉發(fā)病植株根際土壤真菌群落 的豐富度最低；隨著種植年限的增加，根際土壤真群 落的物種數(shù)目和豐富度呈現(xiàn)逐年上升趨勢。S2 和 S3中真菌群落的Shannon指數(shù)顯著大于S1 和V， 分別增加37.05%、32.67%和37.33%、32.93%，S2 和S3 與S1 和V兩兩間無顯著差異；S2、S3真菌群落的 Simpson指數(shù)顯著低于S1 和V， 分別降低10.24%、9.32%和12.53%、11.46%，S2 與S3間和S1與V 間兩 兩間無顯著差異，說明宿根連作香蕉根際土壤真菌群落的多樣性、物種分布均勻度隨種植年限增加呈 增加趨勢，而健康植株根際土壤真菌群落的多樣性 和物種分布均勻度均高于發(fā)病植株。

2.3 宿根連作香蕉根際土壤微生物群落構(gòu)成變化 分析結(jié)果

基于PCoA結(jié)果顯示，群落結(jié)構(gòu)相似度高的 樣本聚集在一起（圖1），連續(xù)種植3造香蕉土壤細(xì)菌 和真菌的群落組成存在明顯分離。在根際土壤細(xì) 菌群落PCoA中（圖1-A）， 第一主坐標(biāo)（PCoA1）和第 二主坐標(biāo)（PCoA2） 解釋了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)總差異的67.38%，其中 PCoA1和 PCoA2分別解釋了45.27% 和22.11%的差異。PCoA1將根際土壤V與S1、S2和 S3的細(xì)菌群落明顯分離，PCoA2下V 與S1的細(xì)菌群 落趨于接近，S2 與S3的細(xì)菌群落趨向接近，表明第1 造蕉健康植株根際土壤與發(fā)病植株根際土壤細(xì)菌的 群落結(jié)構(gòu)相似；宿根連續(xù)種植改變了香蕉根際土壤 細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，宿根第2造和3造蕉根際土壤細(xì)菌 的群落結(jié)構(gòu)相似，且與發(fā)病植株根際土壤細(xì)菌的群 落結(jié)構(gòu)明顯分離。

在根際土壤真菌群落的PCoA中（圖1-B），PCoA1和PCoA2解釋了真菌群落結(jié)構(gòu)總變異的48.73%， 其中 PCoA1和 PCoA2分別解釋了 27.76%和20.97% 差異。PCoA1將根際土壤S1與 V、S2和S3的真菌 群落明顯分離，PCoA2 下 V 與 S1 真菌群落趨向接 近，S2 與S3 真菌群落趨向接近。表明第1造蕉健康 植株根際土壤與發(fā)病植株根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)相似；宿根第2造和3造蕉根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu) 相似，且與發(fā)病植株根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)明顯 分離。

基于根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)采用Unweighted unifrac距離矩陣作UPGMA聚類分析，結(jié)果如圖2-A 所示。不同土壤樣本生物學(xué)重復(fù)的細(xì)菌群落均各自 聚為一簇，并與其他土壤樣本分開。其中，S1 與V的 距離較近，S2 與S3的距離較近。在土壤真菌群落結(jié) 構(gòu)UPGMA聚類分析中（圖2-B），除S3-3樣本與其他 2個(gè)生物學(xué)重復(fù)分離外，不同土壤樣本生物學(xué)重復(fù)的 真菌群落均各自聚為一簇，并與其他土壤樣本分開。 其中，S1與 V 的距離較近，S2與 S3 的距離較近， UPGMA聚類分析與PCoA結(jié)果較一致。

2.4 宿 根 連 作 香 蕉 根 際 土 壤 微 生 物 群 落 組 成 差 異 分析結(jié)果

2.4.1 細(xì)菌和真菌在門水平上相對豐度差異 物 種組成分析反映樣本在分類學(xué)水平上的群落結(jié)構(gòu)及 結(jié)構(gòu)中各優(yōu)勢物種的相對豐度，根據(jù)注釋結(jié)果生成 物種相對豐度柱形累加圖（圖3）。根際土壤細(xì)菌門 水平上的物種相對豐度（圖3-A） 可知，在細(xì)菌門水 平上，不同樣本組的優(yōu)勢門構(gòu)成基本一致，其中相對 豐度排名前10細(xì)菌隸屬于硝化螺旋菌門（Nitrospi- rota）、厚壁菌門（Firmicutes）、疣微菌門（Verrucomi- crobiota）、粘細(xì)菌門（Myxococcota）、芽單胞菌門 （Gemmatimonadetes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿 菌門（Bacteroidota）、放線菌門（Actinobacteriota）、酸 桿菌門 （Acidobacteriota） 和變形菌門 （Proteobacte-ria）。香蕉根際土壤在細(xì)菌門水平上相對豐度存在 差異，其中5大類菌群（酸桿菌門、放線菌、擬桿菌 門、厚壁菌門和變形菌門）相對豐度之和分別占S1 、S2、S3和V樣本組細(xì)菌序列總數(shù)的72.94%、74.42%、76.77%、78.83%。變形菌門是V樣本組的最主要的 優(yōu)勢細(xì)菌類群，其相對豐度為54.43%;V樣本酸桿 菌門的相對豐度（6.69%）較S1、S2 和 S3 分別低 40.83%、71.95%和57.33%，變形菌門的相對豐度分 別高27.02%、63.93%和21.95%。

由根際土壤真菌門水平上的物種相對豐度結(jié)果 可 知（圖 3 -B）， 在真菌門水平上，不同樣本組的優(yōu)勢門構(gòu)成基本 一 致，其中相對豐度排名前10的真菌隸 屬于球囊菌門（Glomeromycota）、捕蟲霉門（Zoo- pagomycota） 、Aphelidiomycota、毛霉門（Mucoromy- cota）、被孢霉門（Mortierellomycota）、隱真菌門（Rozel- lomycota）、壺 菌 門（Chytridiomycota） 、擔(dān)子菌門 （Basidiomycota）、子囊菌門（Ascomycota）以及未明確分類地位門（Fungi_phy _Incertae_sedis），且子囊菌 門的相對豐度明顯高于其他菌門，分別占S1、S2、S3 和V樣本組真菌序列總數(shù)的43.07%、48.85%、42.08% 和49.74%。此外，在S1中，相對豐度超10.00%的真 菌門 還有壺菌門 和Fungi_phy_Incertae_sedis，而S2、S3和V中相對豐度超10.00%的真菌門主要有擔(dān)子 菌門、子囊菌門和Fungi_phy_Incertae_sedis，V的擔(dān) 子菌門的相對豐度較S1、S2和 S3 分別高193.3%、129.4%和179.9%。隨著種植年限增加壺菌門的相 對豐度明顯降低，S2 和 S3 的壺菌門分別較S1 低 88.02%和89.51%，S2 和S3 Fungi_phy_Incertae_sedis 門相對豐度較S1分別高41.56%和82.81%。表明不 同種植年限的土壤在細(xì)菌和真菌群落門水平上具有 相似的組成，但某些細(xì)菌和真菌門的相對豐度受種 植年限的影響存在明顯差異。

2.4.2 細(xì)菌和真菌在屬水平上的相對豐度差異

根際土壤在細(xì)菌屬水平上的物種相對豐度堆疊條形 圖可知（圖4-A）， 在細(xì)菌屬水平上，不同樣本組的優(yōu) 勢屬構(gòu)成基本一致，相對豐度排名前10的物種隸屬于奧氏桿菌屬（Occallatibacter） 、Haliangium屬、Acidibacter 屬、大豆根瘤菌屬（Bradyrhizobium）、芽單胞菌科未分類屬（unidentified_Gemmatimonada- ceae）、熱酸菌屬（Acidothermus）、Bryobacter屬、Fla-vobacterium屬、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）和 朱式桿菌屬（Chujaibacter）。各土壤樣本組間細(xì)菌 優(yōu)勢屬的相對豐度存在差異，排名前10細(xì)菌在屬水 平上的相對豐度分別占S1、S2、S3和V 細(xì)菌序列總 數(shù)的14.28%、13.3%、23.21%和9.21%，S1的鞘氨醇 單胞菌屬的相對豐度在4個(gè)樣本組中為最高值，S3 的朱式桿菌屬的相對豐度最高，V的Flavobacterium 屬的相對豐度最高。

根際土壤在真菌屬水平上的物種相對豐度堆疊 條形圖可知（圖4-B），在真菌屬水平上，不同樣本組 的優(yōu)勢屬構(gòu)成基本一致，其中相對豐度排名前10的 物種隸屬于羅茲菌門未明確分類地位屬（Rozellomy- cota_gen_Incertae_sedis）、小囊菌科未明確分類地位屬（Microascaceae_gen_Incertae_sedis）、Paracremo-nium、牛肝菌目未明確分類地位屬（Boletales gen_ Incertae_sedis）、毛殼科未明確分類地位屬（Chaeto- miaceae_gen_Incertae_sedis）、絲蓋傘屬（Inocybe）、根囊壺菌屬（Rhizophlyctis）、鐮刀菌屬（Fusarium）、輪枝菌屬（Gibellulopsis）、未明確分類地位屬（Fungi_gen_Incertae_sedis）。其中，S3中鐮刀菌屬的相對豐 度（3.85%）明顯較S1、S2分別低45.60%和50.47%。Fungi gen_Incertae_sedis屬和輪枝菌屬的相對豐度 隨種植年限增加呈逐年上升趨勢，二者在S3中的相 對豐度最高；根囊壺菌屬的相對豐度在S1中最高， 絲蓋傘屬的相對豐度在V中最高。表明不同種植年 限的土壤在細(xì)菌和真菌群落屬水平上具有相似的組 成，但某些細(xì)菌和真菌屬的相對豐度受到種植年限 的影響存在明顯差異。

2.5 土 壤 優(yōu) 勢 微 生 物 群 落 相 對 豐 度 與 鐮 刀 菌 屬 的 相關(guān)分析結(jié)果

土壤鐮刀菌屬包含香蕉枯萎病的致病菌生理小 種，通常認(rèn)為香蕉枯萎病的發(fā)生與土壤中鐮刀菌的 相對豐度有關(guān)，而土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)及組成 變化影響鐮刀菌的相對豐度。優(yōu)勢細(xì)菌群落門水平 相對豐度與鐮刀菌的相關(guān)分析結(jié)果（圖5-A）表明， 在細(xì)菌群落中，放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門、硝化 螺旋菌門、酸桿菌門、粘細(xì)菌門和綠彎菌門的相對豐 度與鐮刀菌呈正相關(guān)；疣微菌門、變形菌門和芽單胞 菌門的相對豐度均與鐮刀菌呈負(fù)相關(guān)。優(yōu)勢真菌群 落門水平相對豐度與鐮刀菌的相關(guān)分析結(jié)果（圖5- B）表明，在真菌群落中，捕蟲霉門、被孢霉門、擔(dān)子 菌門、子囊菌門、Aphelidiomycota以 及Fungi_phy_ Incertae_sedis的相對豐度均與鐮刀菌呈正相關(guān)；而 球囊菌門、毛霉門、隱真菌門和壺菌門的相對豐度均 與鐮刀菌呈負(fù)相關(guān)。綜上所述，7個(gè)細(xì)菌門和6個(gè)真 菌門微生物中的某些類群豐度升高可能與香蕉土傳枯萎病的發(fā)生有關(guān)；3個(gè)細(xì)菌門和4個(gè)真菌門微生物 中的某些類群可能抑制香蕉枯萎病的發(fā)生。

3 討論

香蕉種植園土壤中的養(yǎng)分含量會(huì)隨著種植年限 的增加發(fā)生變化。陳明智等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，香蕉 園土壤中的全磷和速效磷含量隨著栽培時(shí)間的延長 呈上升趨勢，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的富集效果，土壤中的有機(jī) 質(zhì)和全氮含量則呈下降趨勢，不同種植條件下的變 化趨勢不同，澄邁種植區(qū)內(nèi)土壤中有機(jī)質(zhì)濃度高于 樂東種植區(qū)，同時(shí)全磷的含量也更豐富，本研究結(jié)果 與之基本一致。隨著種植造次的延續(xù)，土壤有機(jī)質(zhì) 和總氮含量顯著下降；速效磷含量則表現(xiàn)出隨栽培 年限增加而上升的趨勢，栽培第3造的土壤速效磷 含量顯著高于第1、2造。在實(shí)際生產(chǎn)中，磷肥的施 入量往往大于香蕉植株生長的實(shí)際需磷量，導(dǎo)致磷 被土壤顆粒表面或土壤中的鐵和鋁氧化物吸附并轉(zhuǎn) 化為不溶性磷酸鹽，從而造成土壤有效磷含量明顯 上升（都江雪等，2021;Gong et al.，2022），因 此 宿 根 蕉園應(yīng)增施有機(jī)肥，控制磷肥施入。本研究中3造 間 的 土 壤pH 和氨態(tài)氮、硝態(tài)氮和速效鉀含量等4個(gè) 指標(biāo)無顯著差異，說明抗枯萎病香蕉品種宿根連作 未根本改變蕉園土壤的化學(xué)性質(zhì)。隨著種植年限的 增加，枯萎病的發(fā)病率呈逐年顯著下降趨勢，留芽種 植宿根蕉則表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗性。推測土壤養(yǎng)分差異 并非導(dǎo)致宿根蕉抗性逐年增加的主要原因。

土壤微生物多樣性和特定物種組成與植物抗病 能力有密切關(guān)系（Berg et al.，2017）。本研究中，隨著 種植年限的增加，根際土壤細(xì)菌群落的多樣性整體 呈逐年下降趨勢，而真菌群落的多樣性整體呈逐年上升趨勢；健康植株根際土壤微生物群落多樣性和 物種分布均勻度整體上明顯高于發(fā)病植株。在防御 致病菌的過程中，抗性品種表現(xiàn)出土壤微生物多樣 性明顯增加，表明植物可以利用更多的微生物資源， 抑制病原微生物的侵害和定殖，從而維持植株健康 并減少患病風(fēng)險(xiǎn)（楊尚東等，2020;劉宇星等，2021）， 本研究結(jié)果與之基本 一致。通過對土壤中的細(xì)菌和 真菌群落PCoA 和UPGMA 聚類分析進(jìn)一步驗(yàn)證了 種植年限影響土壤微生物群落組成的這一結(jié)論，組培苗第 一 代健康植株（S1） 和發(fā)病植株（V） 根際土壤 距離較近；第2造根際土壤（S2） 與 第 3 造（S3） 距離較 近 ，S2 和S3 根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)與V明顯分 離，且S1 與宿根連作香蕉根際土壤細(xì)菌和真菌群落 組成結(jié)構(gòu)間存在明顯差異，表明多年連作是導(dǎo)致香 蕉微生物群落組成和結(jié)構(gòu)差異的因素之 一 。在發(fā)病 植株根際土壤（V） 中，變形菌門是最主要的優(yōu)勢細(xì) 菌類群，其相對豐度較S1 、S2和S3分別高27.02%、63.93%和21.95%;酸桿菌門的相對豐度則明顯低于 健康植株（S1 、S2和S3）， 其相對豐度較S1 、S2和S3 分別低40.83%、71.95%和57.33%;擔(dān)子菌門的相對 豐度顯著高于健康植株土壤，分別較S1、S2和S3 高 193.3%、129.4%和179.9%。相對豐度較高的變形菌 門、擔(dān)子菌門和相對豐度較低的酸桿菌門可能與香 蕉土傳枯萎病暴發(fā)有關(guān)。本研究中宿根第二代蕉根 際土壤中鐮刀菌的相對豐度顯著低于其他土壤，推 測這是宿根第二代蕉抗性最強(qiáng)的原因。

連作土壤長期接受同 一種作物根系分泌物的持 續(xù)釋放，富集喜好該作物根際分泌物的菌群，會(huì)導(dǎo)致 土壤微生物多樣性水平呈下降趨勢，從而使土壤處于亞健康狀況（高圣超等，2017）。陶成圓（2020）研 究發(fā)現(xiàn)，隨著種植年限的增加，香蕉土傳枯萎病會(huì)逐 年惡化，造成嚴(yán)重的連作障礙；本團(tuán)隊(duì)之前的研究表 明，抗枯萎病香蕉品種隨著種植年限的增加發(fā)病率 逐年降低，留芽種植宿根蕉抗性表現(xiàn)增強(qiáng)。微生物 的生物量和多樣性與土壤抑病能力之間常呈現(xiàn)明顯 的 正相關(guān)關(guān)系（Berendsen et al.，2012;Van Bruggen et al.，2015），而連作會(huì)導(dǎo)致土壤微生物區(qū)系中微生 物組成比例的顯著變化，表現(xiàn)為真菌比例升高，微生 物的總生物量、細(xì)菌和放線菌比例降低（徐文修等， 2014;劉曄等，2016）。本研究中，抗枯萎病香蕉品種 宿根種植后，根際土壤真菌群落的豐富度顯著增加， 隨著種植年限的增長，根際土壤真菌群落的物種數(shù) 目和豐富度逐年上升，微生物生物量和多樣性高形 成不利于病原菌定殖的競爭環(huán)境，從而顯著增強(qiáng)土 壤的抑病能力（Hu et al.，2017），因此推測微生物類 群的特異富集是抗枯萎病香蕉品種免受病原菌侵害 的主要因素之一，而宿根連作產(chǎn)生的抗性增強(qiáng)作用 的持續(xù)時(shí)間及長期單一連作是否會(huì)對土壤有益微生 物產(chǎn)生負(fù)面作用有待進(jìn)一步深入研究。

植物招募有益菌對于改善土壤健康和防止病 原菌侵入具有重要作用，這種土壤記憶的概念在 植物生態(tài)系統(tǒng)中被廣泛研究（Lapsansky et al.，2016; Berendsen et al.，2018）。前人研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷病原菌 侵染的植物可在根際有益微生物的幫助下，將抗性 傳遞給后代，從而增強(qiáng)整個(gè)植物群體對疾病的抵抗 力（Junet al.，2018）。本研究結(jié)果與其一致，抗枯萎 病香蕉品種寶島蕉在連作條件下發(fā)病率逐年下降， 說明根際土壤微生物群落的變化可能增強(qiáng)寶島蕉的 抗病性。盡管不同種植年限的香蕉植株根際微生物 群落具有相似的組成，但某些微生物群的相對豐度 受種植年限影響而有明顯變化，猜測這些微生物參 與了植物抗病性調(diào)節(jié)的生物過程。盡管目前的研究 尚未找到增加植株抗性的特定微生物或微生物組 合，但通過抗枯萎病香蕉品種宿根連作可富集與發(fā) 病植株根際土壤有明顯差異的微生物群落，從而為 區(qū)分可提高植株抗性的微生物或微生物組合提供可 能。一些微生物可能對特定有機(jī)酸具有偏好，這種 選擇性可能影響到特定微生物的存在（吳紅淼和林文雄，2020）。在本團(tuán)隊(duì)成員多年的生產(chǎn)與試驗(yàn)調(diào)查 中，發(fā)現(xiàn)香蕉根系分泌物在招募有益微生物并形成 土壤記憶過程中發(fā)揮重要作用，為下一步研究植物 與土壤微生物互作及植物抗病性機(jī)制提供了重要 參考。

雖然不同作物品種對根系微生物群落組成變化的響應(yīng)有差異，但作物均有防御致害微生物感染的 能力（Fu et al.，2017）。本研究結(jié)果表明連續(xù)宿根栽 培抗枯萎病香蕉品種會(huì)改變根際微生物群落，但有 關(guān)有益土壤微生物群落的特定類型、數(shù)量、功能以及 與致病菌間的競爭關(guān)系和有關(guān)ISR 是否啟動(dòng)等方面 有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

宿根第3造香蕉的發(fā)病率最低，其根際土壤與 第1造發(fā)病植株根際土壤的細(xì)菌和真菌群落的差異 明顯，推測根際土壤微生物群落豐富度、多樣性和群 落構(gòu)成改變是宿根連作抗病香蕉抗性增強(qiáng)的原因。

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（責(zé)任編輯 李洪艷）