不同生长期葡萄根际微生物及葡萄酒发酵过程中真菌群落的研究

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根际微生物对植物的生长、养分的获取和抵抗病原微生物等方面起着重要的作用。同时植物还可以通过根际分泌物和脱落物等为根际微生物提供营养物质,影响根际微生物的组成结构。然而,葡萄不同生长期根际微生物的结构是如何演替的?这些问题目前尚缺乏系统的研究。宏基因组检测技术能直接从环境样品中获取全部微生物并进行检测分析,我们可以研究清楚在葡萄不同生长阶段根际土壤中占主导地位的微生物,以及这些微生物的变化情况,从而为葡萄果园绿色栽培提供指导。利用扩增子测序技术探究自然发酵和人工发酵过程中微生物群落的变化,寻找影响影响葡萄酒品质的关键菌群,解析葡萄酒的发酵机制。运用Shannon指数评价酿酒葡萄和鲜食葡萄不同生长期根际微生物的alpha多样性:鲜食葡萄根际微生物alpha多样性呈先上升后下降的趋势,果实生长期葡萄根际土壤微生物群落多样性最高;酿酒葡萄根际土壤微生物的alpha多样性指数在前期趋于平稳,在果实生长期达到峰值;酿酒葡萄根际土壤微生物的alpha多样性要高于鲜食葡萄;beta多样性分析发现在花序分离期、花期和果实生长期三个时期酿酒与鲜食葡萄根际微生物能够很好的区分开,而在伤流期和成熟期两个时期未区分开。根际微生物的差异分析结果表明:葡萄的果实生长期根际土壤微生物群落较其它生长期活跃。体现在慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、分枝杆菌(Microbacterium)、青枯菌属(Ralstonia)和寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)等菌的相对丰度在果实生长期根际土壤微生物较高;灰霉病菌属(Botrytis)、镰刀菌属(Fusarium)、梨孢菌属(Pyricularia)和炭疽菌属(Colletotrichum)是引起葡萄病虫害的病原菌,其相对丰度在葡萄花期的根际土壤微生物中较高;葡萄根际微生物古菌主要分布在广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota);病毒主要分布在赫勒病毒科(Herelleviridae)、肌病毒科(Myoviridae)、短尾噬菌体科(Podoviridae)、逆转录病毒科(Retroviridae)和长尾噬菌体科(Siphoviridae)。葡萄根际土壤微生物功能分析结果表明:氨基酸代谢(Amino acid metabolism)、碳水化合物代谢(Carbohydrate metabolism)、能量代谢(Energy metabolism)和信号转导(Signal transduction)等功能的相对丰度呈现的趋势是先上升再下降,在花序分离期的根际微生物中相对丰度最高;生长激素的合成、分泌和作用在伤流期和成熟期的相对丰度最高;双组分体系在果实生长期的相对丰度最高;植物与病原相互作用在花序分离期相对丰度最高;抗生素抗性基因(ARGs):van R、bae R、emr E、emr B、van A、van T和van D等随着葡萄的生长在根际土壤中出现了累积现象。马瑟兰葡萄酒两种发酵方式真菌微生物多样性的研究表明:在门水平上,注释到子囊菌门和担子菌门;在属分类水平上,采用LEfse分析得自然发酵的优势菌属为孢汉逊酵母属,人工发酵的优势菌属为酿酒酵母属;在马瑟兰根际土壤微生物中镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)、孢堆黑粉菌属(Sporisorium)和梨孢属(Pyricularia)等致病微生物相对丰度较高,而在马瑟兰发酵过程中孢汉逊酵母属(Hanseniaspora)和酿酒酵母属(Saccharomyces)的相对丰度较高,马瑟兰土壤和马瑟兰发酵过程中的微生物相差较大。本文利用宏基因组测序技术,通过进行物种分析和功能分析等方法揭示了葡萄不同生长期根际微生物的物种多样性以及群落功能差异。其次,通过扩增子技术,研究了自然发酵和人工发酵过程中真菌菌群的动态变化,找到了两种发酵方式的关键菌群,揭示了根际微生物对葡萄酒的影响。本研究为合理利用微生物资源调控葡萄的生长和品质,并且为开发具有促进葡萄生长的微生物资源提供了一些参考。
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