田间条件下植物促生细菌缓解太子参连作障碍的效果评价

太子参是一种名贵中药材,存在连作障碍问题。本研究利用促生细菌(Bacillus subtilis和Burkholderia为主)研制的不同微生物菌肥,对太子参连作障碍进行消减处理。以未施肥(CK)、正茬(NP)、重茬(SP)、Bacillus subtilis菌肥(1号)、Burkholderia菌肥(2号)、Bacillus subtilis和Burkholderia混合菌肥(3号)等不同处理的太子参根围土壤为供试土样,分析不同菌肥对连作太子参根围土壤理化性质及真菌群落结构的影响,评价不同菌肥对太子参连作障碍消减效果。结果表明:3种外源微生物菌肥都能显著提高重茬太子参的产量,其中菌肥1号、2号和3号处理的产量比重茬地分别增产107%、112%和96%。另外,3种微生物菌肥显著提高连作太子参的土壤p H值,增加土壤速效氮含量及降低速效钾和速效磷含量,说明微生物菌肥中含有的大量功能菌能有效促进土壤养分的转化与利用。结合DGGE发现菌肥2号与3号处理的根围土壤真菌群落结构特征与正茬接近,其结果通过q PCR进一步验证。这表明微生物菌剂施加在重茬土壤中可以促进土壤微生物群落结构和功能多样性朝着正茬的根围微生态方向演变,即菌肥具备减少连作病害对太子参产量和品质的影响的潜力,同时可改善土壤质量,为优化太子参规范化栽培技术提供技术支持。     

不同技术迭代对太子参连作障碍的消减效果及作用机制

太子参是一种以根部入药的传统中药材,其在人工单一集约化种植过程中表现出严重的连作障碍现象。为了探索有效克服这一问题的技术方法,本研究以太子参为材料,通过种植太子参后采用休耕(RP-F-RP)、休耕配施专用微生物菌肥(RP-F-BF)、淹水(RP-WF)、淹水落干后配施专用微生物菌肥(RP-WF-BF)4种技术迭代处理组合,并以新植太子参(正茬)为对照,研究不同技术迭代处理方式对连作下太子参土壤环境修复和太子参光合生理和产量形成的影响及其作用机制。结果表明: 4种模式中,只有淹水配施微生物菌肥模式能够分别恢复重茬一年和重茬两年太子参产量至正茬的90%和70%以上,其他模式未能显著提升重茬太子参的产量。淹水配施微生物菌肥(RP-WF-BF)处理的太子参多糖和总皂苷含量分别比正茬显著提升15.3%和16.5%,且根际有益微生物丰度普遍升高而病原菌丰度显著降低,根际土壤氮循环过程得到改善,相较于休耕模式(RP-F-RP),RP-WF-BF技术处理后的太子参根际土壤中氮循环相关基因AOB、nosZ和nirK含量分别提高9.31、1.24和1.00倍,土壤酸化程度得到缓解,太子参抗氧化酶系统稳定性增强,苗期及膨大前期叶片的生长发育改善,叶绿素含量、叶面积指数和光合作用速率显著提升,最终使产量及品质得到明显提升。研究发现,单独淹水(RP-WF)和单独微生物菌肥(RP-F-BF)处理未能显著消减太子参的连作障碍,但两者叠加(RP-WF-BF)能产生“1+1>2”的强化效应,表明合理的技术迭代组合可以更好地消减连作障碍。     

太子参连作障碍效应研究

以贵州施秉中药材种植基地连作1～12年的太子参和土壤为试验对象,研究了不同连作年限的太子参生长发育状况、产量、土壤肥力、酶活性、以及土壤微生物等的变化规律,以探讨太子参连作障碍的原因.结果表明:(1)连作严重危害太子参生长发育,随着连作年限的延长,根长、根系数量、株高、茎分支数、结实种子数、总生物量呈下降趋势,产量和单个根重明显降低.连作对太子参地上部的危害最大,连作1～12年地上部生物量极显著下降.(2)连作土壤中总磷、总氮含量增加,速效氮、速效钾、速效磷含量降低,土壤pH值变化微小,有机质变化差异较大;连作土壤微量元素(Cu、Mn、B、Zn、Fe)累积,而钼(Mo)降低甚至缺失.(3)连作地土壤细菌数量减少,放线菌数量呈倒"U"型趋势变化;连作使土壤淀粉酶活性降低,磷酸酶活性呈下降后回升趋势变化,但土壤脲酶活性变化微小.连作使土壤中养分、微生物、酶活性等发生变化,不利于太子参生长,根系微生态失衡可能是太子参连作障碍的主要原因之一.     

复合菌剂调控连作当归根围土壤养分及对产量的影响

【背景】连作可引起微生物群落结构失调,导致土壤环境恶化、养分循环不畅、当归[Angelica sinensis (Oliv.) Diels]产量降低,通过现代微生物技术改良土壤、消减连作障碍势在必行。【目的】于大田条件下,研究施用复合菌剂对当归根围土壤酶活、速效养分及产量的影响,明确增产机制,改进增产措施。【方法】利用溶磷圈法检测不同菌株溶磷活性、乙炔还原法检测固氮活性、试剂盒法检测过氧化物酶和硝化能力;复合菌剂T1[荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)CBS5、产碱假单胞菌(Pseudomonas alcaligenes) CBS7、嗜冷假单胞菌(Pseudomonas extremaustralis)CBSB、生枝动胶菌(Zoogloea ramigera) CBS4]和T2 (荧光假单胞菌CBS5、产碱假单胞菌CBS7、嗜冷假单胞菌CBSB)及对照CK (无菌马铃薯葡萄糖肉汤培养基)分别处理连作当归,分光光度法测定根围土壤及根中养分循环、转化相关酶活,氮、磷、钾速效养分含量;常规方法测产量;统计软件进行相关数据方差分析和主成分分析。【结果】产碱假单胞菌C...     

生物炭对温室黄瓜不同连作年限土壤养分和微生物群落多样性的影响

以温室黄瓜连作6年和10年土壤添加质量比为5%生物炭为处理,以不添加生物炭为对照,采用桶栽的方法,研究了生物炭对不同年限连作土壤养分和微生物群落多样性的影响.结果表明: 与连作土壤相比,生物炭处理的连作6年土壤的黄瓜单株产量提高11.4%,连作10年土壤产量提高62.8%.施入生物炭显著降低了2种连作土壤容重,显著提高了有机质、速效磷含量、阳离子交换量(CEC)和pH;显著提高了土壤细菌数量和细菌/真菌,降低了真菌和尖孢镰刀菌数量,使土壤类型由真菌型向细菌型转变,尤其对连作10年土壤作用最为明显,土壤细菌和细菌/真菌分别是未处理的2.00和3.64倍,真菌和尖孢镰刀菌数量分别是未处理的54.8%和55.9%.土壤微生物群落碳源利用分析表明,10年连作土壤施入生物炭可显著提高土壤微生物活性、Shannon指数和均匀度指数,分别是未处理的1.50、2.14和1.31倍,同时显著提高了土壤微生物对糖类、氨基酸类、酚酸类和胺类碳源的利用强度,分别是未处理的1.62、1.81、1.74和1.93倍.相关性分析表明,土壤容重、速效磷含量、CEC和pH 4个指标对微生物群落变化的影响较显著.综上,生物炭通过对连作土壤理化性质及土壤微生物生态系统的改善,优化了黄瓜根区环境,促进了黄瓜产量的提高,缓解了温室黄瓜连作障碍.     

连作对大豆根部土壤微生物的影响研究

研究了正茬与连作大豆根际及非根际土壤微生物区系的变化。结果表明,细菌总数占绝对优势,连作低于正茬。放线菌数量总体变化幅度不大,真菌数量有显著变化,连作明显高于正茬。连作使土壤pH、含水率和微生物主要生理类群数量明显下降,土壤肥力降低。无论细菌、放线菌和真菌,正茬及连作大豆根际微生物数量明显高于非根际。     

蚯蚓调控土壤微生态缓解连作障碍的作用机制

连作障碍不仅严重影响作物产量, 而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题。土壤微生态失衡反作用于植物, 导致植物发生更严重的病害、减产等。作为土壤生态系统工程师, 蚯蚓的取食、掘洞和爬行等活动对土壤微生态具有重要的调控作用, 既可以改善土壤环境, 又可以强化土壤生物群落功能, 有望为缓解作物的连作障碍问题提供一条新途径。本文总结了土壤微生态与土壤功能维持及蚯蚓调控土壤生物作用的研究进展, 在此基础上, 结合蚯蚓对化感物质降解作用的研究, 分析了蚯蚓通过调控土壤微生态缓解作物连作障碍的微生物作用机制的三条途径: 直接调控微生物群落、通过改变化感物质组成以及通过调控土壤动物区系调控微生物群落。蚯蚓对微生物群落的调控可改善失衡的土壤根际微生态, 有效缓解作物连作障碍。     

大蒜连作障碍形成机理的研究进展

大蒜是我国重要的经济作物,大蒜连作障碍是制约其产量和品质的关键因素.本文从连作障碍对大蒜生长的影响入手,通过阐述大蒜土壤微生物群落失衡、土壤养分不均衡、自毒作用及各因素相互关系等,解析大蒜连作障碍形成的机理机制.同时,对目前大蒜生产中常用的,防治连作障碍的手段进行分析,最后对大蒜连作障碍研究方向做出展望.     

连作条件下毛鸡骨草根际土壤微生物群落功能多样性变化特征

毛鸡骨草是治疗肝病的重要中草药之一,而连作障碍致其产量和品质下降。从主产区广西玉林分别采集正茬、重茬和连作三年的毛鸡骨草根际土壤样品,以种植前水稻土壤为对照,采用Biolog GN2 平板碳源分析技术,研究连作条件下根际土壤微生物群落功能多样性变化特征,以揭示其连作障碍的原因。结果表明,连作导致根际土壤微生物功能多样性显著降低,微生物利用各类碳源的能力下降。主成分分析(PCA)表明,不同种植年限的毛鸡骨草根际土壤微生物群落结构之间存在显著差异,且均与种植前对照明显不同,而同一种植年限不同生长期土壤微生物碳代谢群落结构虽有差异,但并不显著。相关分析表明,其产量与微生物功能多样性指数(如Shannon,Simpson,Mclntosh)以及平均吸光值(AWCD)值正相关,而与第一主成分(PC1)呈显著负相关,说明连作条件下其产量的降低在一定程度上与土壤微生物功能多样性的降低和群落结构的改变有关。     

茶树连作障碍形成机制及调控措施研究进展

茶树多年宿根连作后茶园土壤退化严重, 茶叶产量和品质大幅下降, 严重制约了我国茶叶的可持续生产。面对如何维持茶树高产高质这一科学难题, 连作障碍机制及其调控措施成为当前茶树栽培中急待解决的科学问题。据此文章从土壤养分失衡、土壤酸化、自毒作用、土壤微生物群落结构失衡、根际微生态等方面概述了茶树连作障碍形成机制的研究进展, 同时从化学改良、增施有机肥、生物质材料、生物菌肥、茶园多样性栽培等方面介绍缓解茶树连作障碍的主要措施, 并对今后茶树连作障碍形成机制的进一步研究及防控技术的发展方向提出展望, 以期为解决茶树连作障碍问题提供一些科学依据。     

太子参不同休耕年限土壤理化特征和微生物群落变化

太子参为福建道地中药材,连作效应严重限制其产业发展。休耕可以在一定程度上缓解连作效应,然而休耕对于缓解连作效应的机制尚不清楚。本文通过高通量测序分析不同休耕年限对太子参土壤微生物丰度及群落多样性的影响,并探索土壤理化性质、酚酸类物质与土壤微生物群落之间的关联性。结果表明:与对照太子参土壤相比,休耕土壤真菌多样性降低,细菌多样性增多。在细菌优势菌门中,酸杆菌门相对丰度显著增加,变形菌门与放线菌门相对丰度显著降低;真菌优势菌门相对丰度无显著变化。土壤酸性减弱,有机质含量随休耕年限增加呈现递减模式,酚酸类物质中苯甲酸和水杨酸含量显著降低,而对香豆酸等逐渐积累。综上,太子参土壤休耕改善了土壤微生物的菌群结构、土壤性质,从而缓解了连作效应。     

西南亚高山针叶林主要树种互作及增温对根区土壤微生物群落的影响

温度与植物种类是生态系统土壤微生物群落组成与结构的重要影响因子。气候变暖背景下, 不同树种及树种互作对土壤微生物群落产生的影响仍不清楚。该文以西南亚高山针叶林主要建群种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究对象, 采用红外加热器模拟增温, 通过不同种植方式(云杉、冷杉单种和二者混种, 以及裸地对照), 研究不同物种及增温对土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)含量与群落结构的影响。结果表明: (1)无论增温与否, 与裸地相比, 云杉与冷杉单种均显著增加了土壤微生物群落主要类群及总PLFAs含量, 而混种仅在非增温条件下增加了微生物群落PLFAs含量; 另一方面, 增温显著促进了裸地真菌(F)和云杉根区革兰氏阴性菌(GN)的生长, 但对冷杉与冷杉-云杉混种小区微生物群落具有显著的抑制作用。(2)主成分分析(PCA)表明, 非增温条件下, 植物种植对土壤微生物群落组成的影响更为明显。非增温情况下云杉、冷杉单种和混种均对微生物群落结构有显著影响, 显著降低了土壤革兰氏阳性菌/阴性菌(GP/GN), 增加了土壤真菌细菌比(F/B)(64.29%-35.71%), 而增温时, 仅冷杉单种对GP/GN和F/B有显著影响。(3) PLFAs含量与土壤碳含量显著正相关, 微生物群落结构(F/B)则与土壤pH及无机氮含量有显著相关关系。以上结果说明, 在非增温情况下, 无论单种还是混种均有利于土壤微生物生长, 但在增温情况下混种对微生物群落PLFAs含量无显著影响, 两个物种对微生物群落结构的影响在增温条件下也有减弱的趋势。     

Effects of phenolic acids from ginseng rhizosphere on soil fungi structure,richness and diversity in consecutive monoculturing of ginseng

Ginseng yield and quality are seriously compromised by consecutive monoculturing in northeastern China. The imbalance of soil fungi communities and autotoxicity of ginseng are the major factors in consecutive monoculturing ginseng crops. Soil fungal communities were identified using Illumina MiSeq sequencing, applied to soils that consecutively cultured ginseng (CCG) for six years and new forest soil (NFS), or receiving application of phenolic acids (PAs). The CCG field received five treatments with five different phenolic acids, including gallic acid (GA), salicylic acid (SA), 3-phenylpropionic acid (3-PA), benzoic acid (BA) and cinnamic acid (CA), which were detected from ginseng rhizosphere in consecutive cropping soil. Fungal richness, fungi diversity, community composition, relative taxon abundances, root rot disease, and growth rate were compared among the different treatments. 579 fungal operational taxonomic units at 97% ITS sequence identity were found among 201,617 sequence reads derived from 18 separate soil samples. Members of the phylum Ascomycota dominated the soil fungal communities, and putative pathogens, such as Fusarium, Gibberella and Nectriaceae_unclassified which may include the abundant sexual morph of Cylindrocarpon destructans, showed higher relative abundances in the CCG fields. Compared to the CCG and NFS fields, PAs (except CA) enhanced the fungi richness and decreased fungi diversity. Cluster analysis indicated that the PAs (except CA) changed the fungi structure in a uniform way. PAs stimulate root rot disease and enhance disease severity, restricting plant growth. The results suggest that the PAs (except CA) may enhance the fungi richness, decrease the fungi diversity and changed the fungi structure to increase fungal pathogen loads, which could explain the declined yield and quality of ginseng in consecutively monocultured ginseng crops.     

Effects of monoculture-conditioned soils on common tallgrass prairie species productivity

Aims Within biodiversity–ecosystem function experiments, it is widely understood that yields of some species rapidly decline when planted in monoculture. This effect may arise due to decreased access to soil nutrients or an increase in detrimental soil pathogens within monoculture plantings. To determine whether or not soil conditioning affects tall grass prairie species biomass production, we conducted a field experiment to assess species growth in conspecifically and heterospecifically conditioned soils and a greenhouse experiment to elucidate how conspecific soil biota affected species growth.     

Effects of plant interspecific interaction and warming on soil microbial community in root zone soil of two dominant tree species in the subalpine coniferous forest in southwestern China

温度与植物种类是生态系统土壤微生物群落组成与结构的重要影响因子。气候变暖背景下, 不同树种及树种互作对土壤微生物群落产生的影响仍不清楚。该文以西南亚高山针叶林主要建群种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究对象, 采用红外加热器模拟增温, 通过不同种植方式(云杉、冷杉单种和二者混种, 以及裸地对照), 研究不同物种及增温对土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)含量与群落结构的影响。结果表明: (1)无论增温与否, 与裸地相比, 云杉与冷杉单种均显著增加了土壤微生物群落主要类群及总PLFAs含量, 而混种仅在非增温条件下增加了微生物群落PLFAs含量; 另一方面, 增温显著促进了裸地真菌(F)和云杉根区革兰氏阴性菌(GN)的生长, 但对冷杉与冷杉-云杉混种小区微生物群落具有显著的抑制作用。(2)主成分分析(PCA)表明, 非增温条件下, 植物种植对土壤微生物群落组成的影响更为明显。非增温情况下云杉、冷杉单种和混种均对微生物群落结构有显著影响, 显著降低了土壤革兰氏阳性菌/阴性菌(GP/GN), 增加了土壤真菌细菌比(F/B)(64.29%-35.71%), 而增温时, 仅冷杉单种对GP/GN和F/B有显著影响。(3) PLFAs含量与土壤碳含量显著正相关, 微生物群落结构(F/B)则与土壤pH及无机氮含量有显著相关关系。以上结果说明, 在非增温情况下, 无论单种还是混种均有利于土壤微生物生长, 但在增温情况下混种对微生物群落PLFAs含量无显著影响, 两个物种对微生物群落结构的影响在增温条件下也有减弱的趋势。     

望天树人工林根际土壤理化性质及微生物群落特征

以望天树纯林(WC)、望天树×降香黄檀(WJ)和望天树×尾巨桉(WA)混交林为研究对象,对比分析不同林分中望天树根际土壤理化性质,并利用Biolog-Eco微平板法和磷脂脂肪酸(PLFA)甲酯法研究根际微生物群落特征,探讨不同混交树种对望天树根际土壤微生态环境的改善作用。结果表明: 3种林分望天树根际土壤含水量、pH值、有机质、全氮、全钾含量及蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均表现为WA显著高于WC和WJ,而WC和WJ差异不显著;硝态氮、铵态氮、速效钾含量表现为WA和WJ差异不显著,二者均显著高于WC;全磷和速效磷含量表现为WJ>WA>WC,林分间差异显著。3种林分望天树根际土壤微生物平均颜色变化率(AWCD) 、Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数及6类碳源底物利用情况均表现为WA>WJ>WC;主成分分析表明,碳水化合物类、氨基酸类和酚酸类化合物是望天树人工林根际土壤微生物主要利用的碳源。3种林分望天树根际土壤微生物总PLFA及细菌、真菌、放线菌的PLFA含量均表现为WA>WJ>WC。相关性分析表明,土壤理化性质(包括含水量、pH值、有机质、全氮、全钾、硝态氮、铵态氮、速效钾含量及蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性)与微生物特征(即代谢活性、功能多样性指数及PLFA含量)均存在显著正相关关系。从土壤理化性质及微生物群落功能和结构特征分析来看,3种林分中望天树×尾巨桉是最有利于改善望天树幼树期根际土壤微生态环境、提高土壤可利用养分的混交模式。     

落叶松人工林土壤对红皮云杉和青海云杉幼苗生长的影响

落叶松人工林除地力衰退问题外,林内天然更新也较差,其健康发展和可持续经营面临挑战.以红皮云杉和青海云杉2种耐荫针叶树种为对象进行温室灭菌盆栽试验,研究除树种生物学特性外,2种云杉属植物幼苗生长对落叶松人工林土壤灭菌处理的响应,为落叶松人工林改造、更新和复层林培育提供科学依据.结果表明: 土壤灭菌对红皮云杉和青海云杉幼苗的生物量均没有显著影响,且无论是在未灭菌土壤中还是在灭菌土壤中,红皮云杉幼苗的生物量(分别为75.6和72.2 mg)均显著高于青海云杉(分别为55.6和60.0 mg).红皮云杉的1级根直径、皮层厚度、维管束直径和维根比均不受土壤灭菌的影响,而青海云杉除皮层厚度在灭菌后没有显著变化外,其1级根直径、维管束直径和维根比在灭菌土壤(分别为331.30 μm、143.23 μm和43.3%)显著高于未灭菌土壤(276.50 μm、99.35 μm和36.0%),在灭菌土壤中表现出更积极的响应.这表明在落叶松林地内红皮云杉有更好的适应能力.由于在微生物群落功能中占主导地位的外生菌根对病原菌的拮抗作用,2种云杉属植物幼苗均可逃逸落叶松林地积累的土壤病原菌并正常生长,红皮云杉比青海云杉更具生长优势.     

地黄连作对叶际细菌群落结构及多样性的影响

地黄为玄参科多年生草本药用植物,以块根入药,是我国著名的大宗药材.但是地黄在农业生产过程中存在严重的连作障碍问题,造成产量和品质急剧下降.细菌作为叶际微生物中最为丰富的一类,对宿主植物的生长发育与健康至关重要.叶际细菌区系研究为探索连作障碍形成机制及其消减措施提供了一个全新视角,同时差异菌群也可作为连作障碍发生的指示菌.本研究采用16S rDNA基因高通量测序结合传统可培养法分析地黄连作下叶际细菌群落结构及多样性变化.结果表明: 地黄连作导致叶际细菌群落结构发生明显变化,重茬地黄和病株地黄的叶际细菌群落结构较为相似,聚为一类,并明显区别于头茬地黄.同时,重茬地黄和病株地黄叶际细菌群落的均匀度指数、Shannon多样性指数、Simpson多样性指数均显著低于头茬地黄.物种注释分析显示,地黄叶际细菌主要由变形菌门(91.2%)、厚壁菌门(5.1%)和放线菌门(3.7%)组成.韦恩图分析发现,连作下地黄叶际细菌种类变化不大,但是结合相对含量来看,地黄连作导致叶际变形菌门含量增加,而厚壁菌门和放线菌门下降.在属水平上,头茬地黄叶际的微小杆菌属、芽孢杆菌属、节细菌属等潜在有益菌相对含量显著高于重茬地黄和病株地黄,而假单胞菌属呈现相反的变化趋势.传统可培养法结合致病性验证发现,在病株地黄叶片上广泛分离到的变形假单胞菌D9对地黄叶片表现出较强的侵染致病性.综上可见,地黄连作下叶际细菌群落结构发生偏移,导致有益菌含量下降而病原菌含量上升,造成连作地黄叶片病症频发,加剧了地黄再植病害的发生.     

Positive allelopathic stimulation and underlying molecular mechanism of achyranthe under continuous monoculture

Three experiments were conducted to study the allelopathic stimulation and its underlying molecular mechanism of achyranthes medicinal plants in continuously monoculture system. The stimulators in the rhizospheric soil of continuously monocultured achyranthes plants were extracted by water and organic solvents. Results of the bioassay showed that the rhizospheric soil extracts had a significant promotive effect on the growth of achyranthes in continuous monoculture system, implying that the extracts, especially the water extracts might contain plant activators to stimulate the growth of the medicinal plants. Subtractive hybridization suppression (SSH) was used to investigate gene expression profiles of achyranthes in response to the extract treatments. Ten up-regulated genes from SSH-cDNA library were sequenced and assigned. Results indicated that flavonoids and phytosterol might play an important role in the positively allelopathic stimulation on achyranthes plants in continuous monoculture system. Comparative proteomics were employed to further unveil the molecular mechanism of allelopathic stimulation induced by the extracts. Compared with protein expression profile in control, 25 differentially expressed proteins and their functions were detected and identified in the treated plants. The results suggested that the extracts from continuously monocultured rhizospheric soils under Chinese medicinal achyranthes activated the genes encoding the key enzymes involved in terpenes and flavonoids synthesis, which in turn led to increased de novo synthesis of the stimulators, and hence promoted growth of achyranthes in consecutively monoculture system.