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南农沈其荣组Science子刊揭示番茄早期微生物组功能决定成年健康

已有 209 次阅读 2019-10-16 23:57 |个人分类:新闻|系统分类:科研笔记

南农沈其荣团队Science子刊成果揭示番茄苗期微生物群落与功能决定成年番茄健康状况

“童年”生长环境决定作物“成年”健康

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2019年9月25日,南京农业大学资环学院,沈其荣教授团队微生态与根际健康实验室在土壤微生物与作物健康领域取得重要进展,成果以题为“Initial soil microbiome composition and functioning predetermine future plant health” 发表在国际顶级学术期刊 Science Advances(IF 5y = 13.293)。

土壤微生物在土传病害传播与控制、有机质周转与肥力提升、养分转化与根系促生、污染物分解与转化等方面发挥着重要作用。土壤中既有有益微生物,也有能侵害作物的病原微生物,在健康的土壤微生物生态系统中,土壤病原菌较难入侵作物。然而,在经济作物种植区,由于化肥农药的长期过量投入和经济作物的单一连作,导致土壤生态环境失衡,土传病害频发,作物减产严重。此外,在土传病害爆发严重的田块中往往也存在少量的健康植株,土肥工作者称之为斑块化土壤障碍现象。田间斑块化现象是怎么形成的呢?对于人群而言,我们常说“三岁看八十”。那么,田间斑块化现象与作物苗期移栽时的土壤生态环境有关系吗?

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土传病原菌侵染作物是一个动态变化过程,以往在研究斑块化现象时,往往只采集最终的健康和发病的根际土壤样品,静态比较根际土壤特性的差异,但这种研究方法难以理清是作物健康状况导致的根际土壤特性差异,还是根际土壤特性差异导致的作物健康状况不同。为了解决这一问题,微生态与根际健康实验室设计了一个非破坏性根际土壤样品连续采集装置,在田间条件下对单株作物不同生育期根际菌群等特性进行动态跟踪。传统认为作物发病跟苗期土壤中病原菌的数量、土壤理化特性等因素密切相关。然而,本研究发现,土传病原菌入侵作物根系后作物是否发病主要取决于作物苗期土壤细菌群落的结构特征,而苗期病原菌的数量、土壤理化特性等不是主要决定因素。这一发现,为田间根际土壤菌群管理找到了抓手。

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该研究分析发现苗期健康土壤中芽孢杆菌和假单胞菌等具有抑制病原菌能力的关键拮抗有益菌的丰度显著高于发病土壤。宏基因组分析也发现苗期健康土壤中聚酮类和非核糖体肽类等关键抑菌物质合成基因的丰度也显著高于发病土壤,说明苗期土壤细菌群落可能通过产生抑菌物质,形成竞争互作型群落,进而有效抑制作物中后期病原菌的入侵,保障作物一生健康。这一发现,为根际菌群互作调控指明了方向,即增加土壤微生物竞争互作网络的形成。

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国家自然科学基金优秀青年项目获得者韦中副教授和谷益安博士为共同第一作者徐阳春教授和沈其荣教授为共同通讯作者。农业资源与环境学科生物学研究创新引智(111)基地专家Alexandre Jousset博士、Ville Petri Friman博士和George A. Kowalchuk教授参与了这一工作。

近年来,沈其荣教授团队微生态与根际健康实验室在973项目、国家自然科学基金和国家重点研发等项目资助下,围绕土壤微生态与土传病害防控这一重大问题,在揭示抑病型土壤微生物区系形成机制、菌群互作机制与益生菌群构建和抑病型土壤微生物群落调控等方面取得重要突破。相关工作先后在Nature Communications,Science Advances,Ecology Letters,mBio,Environ Microbiol, Soil Biol Biochem等国际著名期刊发表。

作者简介

沈其荣教授

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沈其荣简介:南京农业大学学术委员会主任,长期从事土壤微生物、有机肥和生物有机肥研究。提出和建立了土壤微生物区系调控的理论和技术体系,并研发出调控土壤微生物区系的有机(类) 肥料系列产品(有机肥、有机无机复混肥、生物有机肥、全元生物有机肥),相关技术工艺已被全国600 多家企业采用;研发的土壤熏蒸与生物有机肥联用防治土传病害综合技术效果显著,为中国土壤生物肥力提升和有机(类)肥料产业发展做出了重大贡献。以第一完成人获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、国家专利金奖1项、国家专利优秀奖1项、国家教学成果二等奖1项以及省部级一等奖8项。以第一和第二 完成人获中国发明专利60多件、国际PCT专利6件,其中50多件专利在企业 得到转化发表SCI论文400多篇,H指数50,2014年-2018 年连续五年入选 ELSEVIER中国高被引学者榜单。 获全国创新争先奖状、国家教学名师、全国师 德先进个人、全国优秀科技工作者、江苏省劳模和先进工作者、农业部和江苏省突出贡献专家、江苏省十大杰出发明人和江苏省首届发明人奖。已累计培养硕士研究生121 名、博士研究生83 名。 目前和曾经兼任:国家973 计划首席科 学家、 国家863 计划现代农业领域主题专家、第六届和第七届国家自然科学基 金委生命学部专家咨询委员会委员、 第七届国务院学位委员会农业资源与环境 学科评议组召集人、中国有机(类)肥料产业技术创新联盟理事长、中国土壤 学会副理事长、中国植物营养学会生物与有机肥专业委员会主任、农业部耕地 质量建设与管理专家组组长、教育部和农业部科技委委员、中国农科院学术委 员会委员、江苏省自然科学基金委农业学科组组长等社会职务。

韦中副教授

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韦中副教授致力于从事根际微生态与调控研究,近年来在益生菌与病原菌互作和益生菌群构建等方面取得了重要创新成果,为开发新型高效稳定的复合功能微生物生物产品和调控根际微生态提供了方法学基础。先后入选南京农业大学钟山学术新秀、中国科协托举人才工程、江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师培养对象和江苏省优青和国家自然科学基金优秀青年项目近五年,在国内外发表论文40多篇,其中以第一或通讯作者在 Nature Communications、 Trends in Plant Science、mBio、Environmental Microbiology 等本领域国际主流刊物上发表SCI论文12篇,5篇代表作累计影响因子(IF5-year)为43,篇均影响因子8.1。申请专利9项,其中已授权发明专利5项。自2013年起,先后与荷兰乌特勒支大学、英国约克大学、法国农科院、荷兰生态中心、韩国东亚大学等建立合作关系,参加与研究领域密切相关的国内外学术会议和研讨会20多次,其中口头报告10多次。

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