青贮玉米真菌性病害对青贮发酵微生物多样性的影响

doi:10.11686/cyxb2024317

摘要/Abstract

摘要：

为探究青贮玉米真菌性病害对青贮发酵微生物多样性的影响，以CK（未发生任何病害的青贮玉米）、YLG（发生链格孢叶斑病青贮玉米）、YM（发生麦根腐平脐蠕孢叶斑病青贮玉米）、YL（发生瘤黑粉病青贮玉米）、YX（发生锈病青贮玉米）为研究对象，每个处理3个重复。青贮发酵40 d后，采用Illumina扩增子测序技术分析各样品微生物多样性。分析发现各青贮玉米样品微生物结构由6门、50目、164属真菌和11门、43目、123属细菌组成。真菌群落中子囊菌门和担子菌门是各样品优势菌门，在各样本中的总丰度达90%以上；镰刀菌属和念珠菌属丰度在发生病害组高于未发生病害组，青霉菌属和曲霉菌属丰度在发生麦根腐平脐蠕孢叶斑病和锈病组高于未发生病害组，发生病害的青贮玉米中威克汉姆酵母属丰度均低于健康组。细菌群落中厚壁菌门和变形菌门是各样品优势菌门，在各样本中的总丰度达99%以上；未发生病害组中肠球菌属、魏斯氏菌属丰度均高于发生病害组；链球菌属仅出现在未发生病害组中，相对丰度为0.003%。本研究明确了不同病害玉米青贮样本中微生物群落结构及各优势菌属，并发现真菌性病害会导致致病菌丰度增加，使得肠球菌属、魏斯氏菌属、链球菌属丰度降低，破坏青贮发酵环境，影响发酵过程正常进行，从而可能导致青贮饲料品质下降，为后续青贮玉米品质研究提供了理论依据。

关键词: 青贮玉米, 病原真菌, 微生物多样性, Illumina测序

Abstract:

This research explored the effects of fungal diseases of silage maize on microbial diversity and community structure of maize silage during fermentation. Fermentation of maize silage without any disease （CK） was compared with that of silage maize infected by Alternaria leaf spot disease （YLG）， Bipolaris sorokiniana leaf spot disease （YM）， Ustilago maydis silage maize （YL） and common rust （YX）， with three replicates per treatment. After 40 days of silage fermentation， Illumina amplicon sequencing technology was used to analyze the fungal and bacterial diversity of microbial communities in each sample. The analysis revealed that the microbial structure of silage maize samples was composed of 6 phyla， 50 orders and 164 genera of fungi and 11 phyla， 43 orders and 123 genera of bacteria. The fungal taxa Ascomycota and Basidiomycota were the dominant phyla in each sample， with a total abundance of more than 90% in each sample. The abundance of the fungal genera Fusarium and Candida in silage maize with disease was higher than that in the CK treatment， and the abundance of Penicillium and Aspergillus in the YM and YX was higher than that in the CK treatment， while the abundance of Wickerhamomyces in silage maize with disease was lower than in the CK treatment. Firmicutes and Proteobacteria were the dominant bacterial phyla in each sample， with a total abundance of more than 99% in each case. The abundance of Enterococcus and Weissella was higher in the CK treatment than in the treatments with disease； and Streptococcus was only present in the CK treatment， with a relative abundance of 0.003%. In summary， this study has clarified the microbial community structure during maize silage fermentation in disease-free crop substrate and in crops affected by four different fungal diseases and identified the dominant bacterial genera present during fermentation in each case. Our study showed that the presence of fungal diseases resulted in an increase in the abundance of disease-causing pathogens， which decreased the abundance of Enterococcus， Weissella and Streptococcus. These changes would potentially have a negative impact on the silage fermentation environment， and affect the normal progress of the fermentation process， possibly leading to a decline in silage quality. Our results also provide information for the subsequent study of quality in maize silage.

Key words: silage corn, pathogenic fungi, microbial diversity, Illumina sequencing

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图/表 7

图1 不同发病青贮玉米处理样品真菌和细菌韦恩图a：真菌Fungi； b：细菌Bacteria. CK、YLG、YM、YL和YX分别代表未发生任何病害的青贮玉米、发生链格孢叶斑病青贮玉米、发生麦根腐平脐蠕孢叶斑病青贮玉米、发生瘤黑粉病青贮玉米和发生锈病青贮玉米。下同。CK， YLG， YM， YL and YX respectively represent maize silage without any disease， Alternaria leaf spot disease of silage maize， B. sorokiniana leaf spot disease of silage maize， U. maydis silage maize， and rust silage maize. The same below.

Fig.1 The Venn diagram of fungi and bacteria in different diseased silage maize

表1 不同样品真菌多样性指数

Table 1 Fungal diversity index of different samples

处理 Treatment	覆盖率 Coverage	序列指数 Sequence index	ACE指数 ACE index	Chao1指数 Chao1 index	香农指数 Shannon index	辛普森指数 Simpson index
CK	0.9999ab	69587c	76.6465a	76.9000a	1.1931b	0.5950a
YLG	0.9998c	78248a	75.7685a	73.7417a	0.7702b	0.6046a
YL	0.9999b	74877ab	75.3835a	73.8287a	1.0058b	0.5712a
YM	0.9999ab	73034bc	84.9548a	84.6667a	2.5355a	0.1519b
YX	1.0000a	72049bc	93.4416a	93.1111a	2.8101a	0.1267b

表2 不同样品细菌多样性指数

Table 2 Bacterial diversity index of different samples

处理 Treatment	覆盖率 Coverage	序列指数 Sequence index	ACE指数 ACE index	Chao1指数 Chao1 index	香农指数 Shannon index	辛普森指数 Simpson index
CK	0.9998a	63961a	56.9626b	54.8030b	0.6553ab	0.7405a
YLG	0.9996b	64736a	118.3162a	113.3268a	0.9392a	0.5585b
YL	0.9996b	67705a	101.0006a	94.7643a	0.4791ab	0.8107a
YM	0.9998a	63455a	56.4746b	52.3095b	0.4166b	0.8225a
YX	0.9998a	66425a	57.5407b	52.5902b	0.4767b	0.7690a

图2 门、目、属水平上的真菌群落丰度分布

Fig.2 The abundance distribution of fungal community at the level of phylum， order and genus

图3 门、目、属水平上的细菌群落丰度分布

Fig.3 The abundance distribution of bacterial community at the level of phylum， order and genus

图4 微生物OTU分布散点图a：真菌Fungi； b：细菌Bacteria.

Fig.4 Scatter plot of microbial OTU distribution

图5 真菌和细菌线性判别分析（LDA）结果a：真菌Fungi； b：细菌Bacteria.

Fig.5 Linear discriminant analysis results of fungi and bacteria

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