熟成茶園における土壌病は、茶園における植物ポリフェノール蓄積の結果として微生物群集のシフトと関連している

Soil Sickness in Aged Tea Plantation Is Associated With a Shift in Microbial Communities as a Result of Plant Polyphenol Accumulation in the Tea Gardens.

• Yasir Arafat
• Israr Ud Din
• Muhammad Tayyab
• Yuhang Jiang
• Ting Chen
• Zhaoying Cai
• Hanyu Zhao
• Xiangmin Lin
• Wenxiong Lin
• Sheng Lin

抄録

従来の茶園では、多量の剪定物が土壌表面に戻り、多量のポリフェノールを土壌中に投入している。茶根圏における活性アリロケミカルの蓄積とそれに続く有益微生物のシフトが、酸性化、土壌病害、再生問題の原因となっており、長期単品栽培の茶園では、植物の生育、発育、収量の低下を阻害している可能性がある。しかし、連続した茶のモノカルチャー下での土壌病害における剪定葉ゴミの役割は不明である。ここでは、異なる年代（2年、15年、30年）の在来茶園から採取した土壌サンプルを、定期的な剪定の影響下で調査した。葉くず由来のポリフェノールが茶根圏微生物群集の組成と構造に及ぼす影響を理解するために、葉くずの液体クロマトグラフ質量分析（LC-MS）分析、根に関連する細菌群集のメタゲノム研究、選択された細菌とポリフェノールの相互作用を含む様々なアプローチを適用した。私たちの結果は、各剪定作業は、各茶園に大量の葉くずを返していることを示しています。LC-MSの結果、葉くずは茶園の樹齢の増加に伴い、茶根圏に様々なアリロケミカルの蓄積をもたらすことが明らかになった。一方、30年間（30-Y）連続栽培した茶園では、フェノールオキシダーゼとペルオキシダーゼ活性が有意に増加した。30-Y土壌のqPCRの結果、根圏土壌の1グラムあたりの細菌遺伝子のコピー数は有意に減少し、有意に増加していることが確認された。さらに、カテキン分解菌との相互作用により、72時間後のブロスのpHは0.36倍に低下した。まとめると、30-y園での増加とカテキン基質の蓄積との関連が見出された。茶の長期単為栽培に対応して、リター分布に伴う土壌pHの変化は、植物の成長を促進するバクテリア（例えば、 、 、 、 、 ）の集団に悪影響を及ぼすことがわかった。現在の研究では、剪定された枝を茶園から取り除くことで土壌病を防ぎ、持続可能な茶生産につながる可能性があることが示唆されています。

In conventional tea plantations, a large amount of pruned material returns to the soil surface, putting a high quantity of polyphenols into the soil. The accumulation of active allelochemicals in the tea rhizosphere and subsequent shift in beneficial microbes may be the cause of acidification, soil sickness, and regeneration problem, which may be attributed to hindrance of plant growth, development, and low yield in long-term monoculture tea plantation. However, the role of pruning leaf litter in soil sickness under consecutive tea monoculture is unclear. Here, we investigated soil samples taken from conventional tea gardens of different ages (2, 15, and 30 years) and under the effect of regular pruning. Different approaches including liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis of the leaf litter, metagenomic study of root-associated bacterial communities, and interaction of polyphenols with selected bacteria were applied to understand the effect of leaf litter-derived polyphenols on the composition and structure of the tea rhizosphere microbial community. Our results indicated that each pruning practice returns a large amount of leaf litter to each tea garden. LC-MS results showed that leaf litter leads to the accumulation of various allelochemicals in the tea rhizosphere, including , , , , and with increasing age of the tea plantation. Meanwhile, in the tea garden grown consecutively for 30 years (30-Y), the phenol oxidase and peroxidase activities increased significantly. Pyrosequencing identified and as the dominant genera, while plant growth-promoting bacteria, especially , , and , were significantly reduced in the long-term tea plantation. The qPCR results of 30-Y soil confirmed that the copy numbers of bacterial genes per gram of the rhizosphere soil were significantly reduced, while that of increased significantly. study showed that the growth of catechin-degrading bacteria (e.g., ) increased and plant-promoting bacteria (e.g., ) decreased significantly with increasing concentration of these allelochemicals. Furthermore, interaction showed a 0.36-fold decrease in the pH of the broth after 72 h with the catechin degradation. In summary, the increase of and in the 30-Y garden was found to be associated with the accumulation of catechin substrates. In response to the long-term monoculture of tea, the variable soil pH along with the litter distribution negatively affect the population of plant growth-promoting bacteria (e.g., , , and ). Current research suggests that the removal of pruned branches from tea gardens can prevent soil sickness and may lead to sustainable tea production.

Copyright © 2020 Arafat, Ud Din, Tayyab, Jiang, Chen, Cai, Zhao, Lin, Lin and Lin.