土壤灭菌-生物有机肥联用对连作马铃薯及土壤真菌群落结构的影响

甘肃省中部沿黄灌区是全国重要的加工型马铃薯生产基地,然而因集约化生产带来的连作障碍问题已经严重影响到当地马铃薯种植业的健康发展。结合田间试验和相关的室内分析,从马铃薯块茎产量和品质、植株生理特征和土壤真菌群落结构等角度,初步评估土壤灭菌和生物有机肥联用(Ammonia Disinfection plus Bio-organic Fertilizer Regulation,ABR)对马铃薯连作障碍的防控效果。同对照相比,ABR处理的块茎产量和商品薯率分别显著增加约71.1%—152.1%和39.2%—53.3%,但块茎化学品质变化不大。ABR处理叶绿素含量和根系活力较CK均显著增加,而叶片和根系丙二醛含量显著下降。PCR-DGGE分析发现,ABR处理显著影响了马铃薯连作土壤的真菌群落结构,表现为真菌群落的多样性指数较CK相比显著下降。ABR处理还有效抑制了土传病害的滋生,植株发病率和收获后的病薯率较CK分别显著下降约67.2%—82.2%和69.1%—70.5%。采用Real-time PCR评估连作土壤中3种优势致病真菌的数量变化,显示ABR处理下立枯丝核菌、茄病镰刀菌和接骨木镰刀菌的数量在生育期内较CK均有不同程度的下降。综合来看,土壤灭菌和生物有机肥联用技术在防控甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作障碍上具有较大的应用潜力,而对土传病害的抑制和微生物群落结构的改善是其主要的作用机理。     

连作马铃薯根际土壤真菌种群结构及其生物效应

连作障碍已成为马铃薯产业发展的主要限制因素,为了探明马铃薯连作障碍的机理,减轻连作障碍对产量的影响,采用大田试验与PCR-DGGE分子指纹图谱技术相结合的方法,研究马铃薯连作对根际土壤真菌种群结构的影响及其生物效应.结果表明： 随着连作年限的增加,根际土壤中真菌DGGE图谱的条带数量增加,连作1～5年处理的操作分类单元(OTU)分别比对照(轮作)增加了38.5%、38.5%、30.8%、46.2%和76.9%,说明马铃薯连作使根际土壤中真菌优势种群的个体数明显增多.随着连作年限的增加,各处理间真菌种群结构的相似性越来越低.通过真菌DGGE条带的克隆测序比对发现,随着连作年限的增加,马铃薯根际土壤土传病害病原菌尖孢镰刀菌和茄病镰刀菌的数量明显增加,而球毛壳菌作为一种生防菌,连作5年时数量明显减少.连作使根际土壤中病原真菌种群过渡成为优势种群,根际微生态环境恶化,从而作用于根系,使根系活力和吸收面积下降,最终导致块茎产量大幅度-下降.     

不同耕作方式对当归根际土壤细菌群落多样性的影响

该研究以甘肃省中部渭源县大豆—当归轮作地、连作3年的当归地和荒地植物根际土为材料,采用PCR-RFLP法研究不同耕作方式下根际土壤细菌的群落多样性。应用CTAB-SDS法提取土壤微生物总DNA,建立土壤菌群16S rRNA基因克隆文库。用HaeⅢ,HhaⅠ和HinfⅠ对阳性克隆子进行酶切指纹图谱分析,测序并绘制系统进化树。经过初步分析,荒地、轮作地和连作地三者之间根际土壤细菌群落在种群数量和多样性上无显著差异,但在组成结构上存在明显差异,尤其是轮作和连作地。结果表明:轮作地和荒地的优势种群均为变形菌门,连作地的优势种群是拟杆菌门。进一步分析发现,对农作物有利的鞘脂单胞菌属(属于变形菌门)仅在轮作和荒地中出现,而在其他作物连作障碍中出现的无色杆菌属(属于拟杆菌门)仅在当归连作地中出现。因此,不同耕作方式对土壤细菌的群落组成结构影响较明显,土壤细菌群落组成结构的变化可能是当地当归连作障碍的重要原因之一;而轮作可有效提高根际土壤中细菌群落组成的多样性,并使有益细菌种群增加,改善土壤微生态环境,有效防止当归根腐病的发生。     

三七根腐病株根际土壤真菌群落组成与碳源利用特征研究

根腐病是药用植物三七Panax notoginseng的多发性病害,而土壤真菌群落组成与根腐病的发生存在一定的联系。利用末端限制性酶切片段长度多态性分析和Biolog技术研究了云南文山三七种植园健康和发病三七植株根际土壤真菌群落结构和碳源利用特征,结果表明健康和发病植株的根际土壤真菌多样性和代谢活性差异不显著,但是真菌群落组成存在差异。健康和发病植株根际土壤都以小茎点霉Phoma exigua及镰孢菌属Fusarium真菌为主要种群,而健康植株根际土壤中火丝菌属Pyronema和被孢霉属Mortierella等真菌类群的相对丰度显著高于发病植株根际土壤,尖孢镰孢菌F.ox‐ysporum和刺座霉属的Volutella colletotrichoides的相对丰度则显著低于发病植株。     

土壤生物消毒对甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作障碍的防控效果

采用有机物料添加、土壤灌水和表土覆盖相结合的土壤生物消毒方法来防控甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作障碍,系统性地评估生物消毒对连作马铃薯块茎产量、植株生长发育及土传病害抑制、微生物区系和酶活性等土壤生化性质的影响.结果表明:生物消毒处理比对照块茎产量和植株生物量分别显著增加16.1%和30.8%,植株发病率和病薯率分别下降68.0%和46.7%.生物消毒处理显著提高了连作马铃薯叶绿素含量和主茎分枝数,改善了根系形态结构.在播前土壤生物消毒处理过程中,土壤p H值和细菌/真菌显著增加,真菌和镰刀菌数量大幅度下降,而细菌和放线菌数量则变化不明显.在马铃薯各生育时期,生物消毒处理土壤真菌数量均远低于对照,镰刀菌数量也低于对照,但随着生育进程的推进,镰刀菌数量呈现逐渐回升的趋势.无论是在生物消毒处理过程中还是马铃薯整个生育期,生物消毒处理的土壤相关酶活性与对照相比变化均不明显.总体上,土壤生物消毒的方法在克服马铃薯连作障碍上具有较大的应用潜力.     

不同种植模式下丹参根际土壤微生物群落结构变化

采用MiSeq高通量测序技术对连作、轮作、套作3种种植模式下丹参根际土壤中细菌的16S rDNA基因V3—V4区片段和真菌18S rDNA基因V4区片段进行了测序,研究了细菌和真菌群落结构的变化,并分析了其与土壤因子的关系,从根际微生态系统的变化阐释了丹参连作障碍的发生机理。总体上,细菌和真菌群落的大部分Alpha多样性指数在3种种植模式之间没有显著差异,但呈现轮作套作连作的趋势。与连作相比,轮作显著提高了细菌群落的香农-威纳指数和丛枝菌根真菌的侵染率。从细菌群落的组成上看,轮作模式下芽单胞菌门的相对丰度显著低于连作和套作。相反,轮作和套作时浮霉菌门和拟杆菌门的相对丰度则高于连作。轮作和套作模式下,真菌群落中的接合菌门、壶菌门和子囊菌门的相对丰度显著高于连作。另外,不同种植模式下微生物之间的相互作用关系也有明显差异,轮作甚至会造成真菌之间的相互关系发生逆转。连作模式下检出了丹参枯萎病的病原菌镰刀菌,而有益菌枯草杆菌属的数量却呈下降趋势,这可能是引起丹参病害加剧的原因之一。主坐标成分分析表明,微生物群落在3种种植模式之间没有发生显著的分化,前两个主坐标成分的总解释能力均小于30%,表明没有显著的主导因子。轮作和套作可以提高土壤pH和部分矿质营养,降低ORP。但是,土壤性质的变化仅影响细菌群落,对真菌群落的影响不明显。套作模式下,总钾和有效钾会提高细菌和真菌群落的多样性;轮作和连作模式下的真菌群落则刚好相反,它们更适应低钾和高ORP的环境。研究结果表明,轮作和套作可以在一定程度上改善土壤质量,提高根际细菌群落多样性,改变微生物群落组成,以及微生物-微生物、微生物-丹参之间的相互关系,这些可能是缓解丹参连作障碍的重要原因。     

水旱轮作对滩涂绿花椰菜根际土壤真菌群落结构的影响

本研究比较轮作和连作下滨海滩涂地绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的变化特征,以探索不同轮作方式减缓绿花椰菜连作田连作障碍的效果。采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析单季稻-绿花椰菜水旱轮作、南瓜-绿花椰菜旱旱轮作和绿花椰菜连作3种耕作方式对绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的影响。结果表明,在浙江省台州湾滨海滩涂地绿花椰菜种植区,水旱轮作、旱旱轮作和连作绿花椰菜根际土壤共获得11门、27纲、52目、94科、155属真菌。在门水平上相对丰度较高的为子囊菌门Ascomycota、油壶菌门Olpidiomycota、担子菌门Basidiomycota、接合菌门Zygomycota、壶菌门Chytridiomycota。与连作相比,轮作显著提高了绿花椰菜根际土壤中子囊菌门、壶菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对其相对丰度的提高幅度更大。轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌门、接合菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对这2门菌群相对丰度的降低幅度更大。在属水平上轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌属Olpidium、镰刀菌属Fusarium等的相对丰度,显著提高了绿花椰菜根际土壤中格孢腔菌属Pleospora的相对丰度,而水旱轮作更提高了格孢腔菌属的相对丰度,降低了油壶菌属、镰刀菌属的相对丰度。因此,轮作能改善台州湾滨海滩涂地上绿花椰菜根际土壤真菌群落结构,但水旱轮作更能增加绿花椰菜根际土壤真菌有益菌丰度,减少绿花椰菜根际土壤真菌有害菌群丰度,提高根际土壤真菌多样性指数,改良绿花椰菜根际土壤生态环境。     

轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响

细菌是土壤最重要的组成部分,土壤细菌的群落结构对土壤的健康至关重要,可以直接影响植物的生长。胡萝卜的长年连作导致其产量低、质量差等一系列问题的发生,连作问题已成为不可忽视的问题。本研究通过HiSeq PE250高通量测序和生物信息学方法获得了玉米胡萝卜轮作种植和胡萝卜连作种植中胡萝卜根际和非根际土壤细菌的组成结构。研究结果表明,相较于胡萝卜连作,玉米胡萝卜轮作种植改变了胡萝卜根际土壤细菌的组成和群落多样性。RM.M (玉米胡萝卜轮作根际土壤样品)样品中的优势菌门为放线菌门和厚壁菌门,RM.R (胡萝卜连作根际土壤样品)的优势菌门是变形菌门;有益菌如芽孢杆菌属和根瘤菌属在玉米胡萝卜轮作种植中的胡萝卜根际富集。RM.M与RM.R的细菌类群差异显著,群落多样性较低;NRM.M(玉米胡萝卜轮作非根际土壤样品)和NRM.R (胡萝卜连作非根际土壤样)的细菌类群差异不明显,群落多样性较高。与连作根际土壤相比,轮作根际土壤中有益菌的相对丰度较大,细菌相对丰度明显增加。本研究结果对通过调节根际土壤细菌组成来保证胡萝卜产量和质量的稳定,解决连作问题具有重要的意义。     

白及根腐病植株根际土壤微生物群落组成特征分析

分析白及根腐病植株根际土壤微生物群落组成特征,为理解白及根腐病发病机理并针对性开展防治工作提供科学依据。利用Illumina HiSeq高通量测序技术,比较分析白及根腐病与健康植株根际土壤微生物群落结构特征,并对土壤理化性质与酶活性进行定量分析。白及根际土壤中优势真菌为子囊菌门(Ascomycota)和Mortierellomycota,优势细菌为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。与健康植株相比,发病白及根际土壤Ascomycota相对丰度显著升高,而Mortierellomycota相对丰度显著降低;镰刀菌属(Fusarium)和白粉菌属(Erysiphe)等致病菌群相对丰度显著升高(P<0.05)。多元统计分析表明,健康与发病白及根际土壤细菌与真菌群落存在明显分化。此外,健康植株根际土壤脲酶、蛋白酶与蔗糖酶活性和有效钾含量较高,pH、有机质、铵态氮与硝态氮含量较低。白及根腐病的发生可能与土壤致病菌相对丰度升高、微生物群落结构变化、酶活性降低、养分失衡等因素有关。     

连作对芝麻根际土壤微生物群落的影响

采用稀释平板计数法研究了不同连作年限处理芝麻根际土壤细菌、真菌、放线菌、芽孢杆菌、尖孢镰刀菌(FO)和青枯劳尔氏菌(RS)数量的变化情况。结果表明,随着连作年限的增加,芝麻根际土壤中细菌和放线菌的数量下降,而真菌的数量则呈上升趋势。新种芝麻地根际土壤芽孢杆菌数量显著高于连作2a处理和连作5a处理,而连作2a处理又显著高于连作5a处理;连作5a芝麻根际土壤尖孢镰刀菌数量显著高于新种地、轮作1a和连作2a等3个处理;轮作1a、连作2a及连作5a等3个处理青枯劳尔氏菌数量显著高于新种地处理。说明连作导致土壤微生物环境恶化,引起根际微生物区系结构发生定向改变。连作2a与轮作1a相比,各菌群(类群)数量差异均不显著。     

A microbial consortium-based product promotes potato yield by recruiting rhizosphere bacteria involved in nitrogen and carbon metabolisms

The effect of a microbial consortium-based (MCB) biocontrol product, composed of Bacillus subtilis, Trichoderma harzianum strain and diatomaceous earth as a carrier, on potato yield, and potential modes of action for its effect were investigated. The MCB product (300 kg ha⁻¹) was added to furrows in which the potato seed tubers each year for 3 years (2016, 2017 and 2018), while potato planting without the MCB product treatment served as the control. A metagenomic analysis indicated that bacterial phylotypes dominated the microbial community, with a relatively small contribution of archaea and fungal taxa. The relative abundance of beneficial bacterial taxa increased significantly in response to the MCB product treatment. Notably, a higher relative abundance of bacterial taxa with carbon fixation, carbon-degrading and nitrogen metabolism properties were observed in the MCB product-treated potato rhizosphere. This was also reflected in the identification of a greater abundance of genes encoding enzymes involved in nitrogen metabolism, carbon fixation and carbon degradation pathways in the conducted metagenomic analysis. The greater relative abundance of these beneficial bacterial taxa in the rhizosphere of MCB product-treated plots, as well as the higher abundance of genes associated with the indicated cellular processes, were associated with an increase in tuber yield. The observed changes in microbial community structure at an early stage of tuber development appears to have a beneficial impact on tuber yield.     

Legume rotation effects on early growth and rhizosphere microbiology of sorghum in West African soils

Cereal yield increases in legume rotations on west African soils were the subject of much recent research aiming at the development of more productive cropping systems for the mainly subsistence-oriented agriculture in this region. However, little has been done to elucidate the possible contribution of soil microbiological factors to these rotation effects. Therefore a pot trial was conducted using legume rotation and continuous cereal soils each from one site in Burkina Faso and two sites in Togo where cropping system experiments had been conducted over 4 yrs. All soils were planted with seedlings of sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). From 21 days after sowing onwards relative growth rates in rotation soils were higher than in the continuous cereal soils, resulting in between 69 and 500% higher shoot dry matter of rotation sorghum compared to sorghum growing in continuous cereal soils. Across sites rotation soils were characterized by higher pH, higher microbial N and a lower microbial biomass C/N ratio and, with the exception of one site, a higher fungal biomass in the rhizosphere. The bacterial and eukaryal community structure in the soil, assessed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), differed between sites. However, only at one site differed the bacterial and the eukaryal community structure in the rotation soil significantly from that in the continuous cereal soil. Although the results of this study confirmed the marked plant-growth differences between sub-Saharan legume-rotation soils and their continuous cereal counterparts they also showed the difficulties to differentiate possible microbiological causes from their effects.     

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。     

连作对白肋烟根际土壤细菌群落多样性的影响

以种植白肋烟1年、2年和4年的土壤为研究对象,采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术分析根际土壤细菌群落的动态变化.结果表明:白肋烟根际土壤细菌群落香农指数和丰富度指数随着种植年限的增加呈现出先增后减的趋势,连作4年后细菌群落的多样性水平显著降低,细菌群落结构较单一.随着种植年限的增加,根际土壤细菌群落与对照的相似性指数逐渐降低.种植年限为1年、2年的土壤和对照土壤中放线菌门放线菌纲是优势类群,种植年限为4年的土壤中放线菌纲所占的比例下降,而厚壁菌门的芽孢杆菌纲成为优势类群.白肋烟连作使根际鞘氨醇单胞菌属和链霉菌属等益生菌数量减少、蜡状芽孢杆菌等潜在致病菌增加,破坏了烟草根际土壤微生物群落的平衡,使其微生态环境恶化.     

连作马铃薯植株库源关系及其对块茎产量的调节机理

甘肃中部沿黄灌区是国内重要的加工型马铃薯生产基地和种薯繁殖基地,但集约化生产带来的连作障碍已严重影响到产业的健康发展.为揭示马铃薯连作障碍机理,本研究通过田间试验,设置马铃薯连作年限为0～5年的处理,研究了马铃薯植株库容量、库活性和源活性对连作的响应特征及其对块茎产量的调节机制.结果表明: 短期连作(1～2年)条件下块茎产量较非连作(0年)无显著变化,长期连作(3～5年)显著下降28.6%～32.8%,单薯质量降低是导致块茎产量下降的直接原因.长期连作马铃薯库容量较非连作显著降低38.4%～53.0%.长期连作导致块茎形成推迟,同时单薯干物质积累量降低.长期连作也显著降低马铃薯源活性,与非连作相比,株高、主茎分枝数、叶绿素含量和叶片干物质量均显著下降,根系形态发育受到抑制,根系活力显著下降28.6%～63.1%,叶片RuBP羧化酶和蔗糖磷酸合成酶活性分别显著下降52.6%～64.6%和26.3%～53.4%.长期连作条件下马铃薯源端生产性能降低导致同化产物减少,花后阶段向块茎的输入不足,降低块茎产量.库源关系失衡是甘肃中部沿黄灌区长期连作马铃薯产量大幅降低的原因.     

新疆绿洲农田不同连作年限棉花根际土壤微生物群落多样性

以南北疆不同连作年限棉花根际土壤为研究对象,采用Biolog技术,并结合传统平板培养法和土壤酶的测定,研究连作对棉花根际土壤微生物群落多样性的影响。Biolog分析结果表明,不同连作年限棉花根际土壤微生物碳源利用和功能多样性差异显著。荒地土壤微生物活性较低;在连作年限较短时(5—10a),根际土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和Shannon指数较高;长期连作(15—20a),则呈明显下降趋势。主成分分析表明,不同连作年限的棉花根际土壤微生物碳源利用特征有明显不同。第一、二组开垦与未开垦土壤分别在PC1和PC2上出现差异,未开垦土壤得分均为负值,开垦土壤均为正值;而正茬与连作多年的棉花土壤在PC1上差异显著。其中在PC1上起分异作用的碳源主要是羧酸类和聚合物类,这两类碳源可能是影响连作棉花根际土壤微生物的主要碳源。可培养微生物数量的测定结果表明,荒地细菌数量最少;在连作年限较低时(5—10a左右),细菌数量呈上升趋势;而长期连作(>15a)后,细菌数量呈现下降趋势。真菌数量在连作多年后(10—15a)也开始增加。放线菌变化趋势不明显。四种土壤酶活性在连作的初中期(5—15a),连作障碍表现明显,土壤酶活性呈下降(过氧化氢酶和磷酸酶)或先升高后下降(脲酶和蔗糖酶)趋势,但随着连作年限的延长(15—20a),这4种土壤酶活性均表现出增高趋势。综上所述,棉花长期连作使棉花根际土壤微生物群落多样性降低,发生连作障碍,进而导致棉花产量降低。     

内蒙古中部地区马铃薯根际和根系丛枝菌根真菌类群的多样性

【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungus,AMF)是菌根真菌中分布最广泛的一类真菌,能够与90%以上的植物形成菌根共生体,并通过调节宿主体内的代谢活动增强植物的抗逆性。【目的】揭示内蒙古马铃薯主产区土壤中AMF的结构与组成,解析马铃薯不同发育阶段以及连作对AMF类群的影响。【方法】以内蒙古中部地区大井村、徐麻夭村和红格尔图村采集的马铃薯根系及根际土为材料,通过PCR扩增建立18S rRNA基因文库,研究不同地点、不同马铃薯生育阶段以及连作对马铃薯根系内和根际土中的AMF类群组成和多样性的影响。【结果】大井村和红格尔图村马铃薯根际土中的AMF的类群多样性优于徐麻夭村,其中Glomus为大井村和红格尔图村马铃薯根际土样本中AMF的优势菌群,而徐麻夭村样本根际土中的优势类群为Diversispora。马铃薯根系中的AMF多样性的研究结果表明,3个供试地点根系内AMF类群的类型没有显著差异,但是AMF类群的比例却不同。大井村根系样本中AMF的优势菌为Diversispora,而Rhizophagus是红格尔图村和徐麻夭村根系样本中的优势AMF类群。同一供试地点马铃薯苗期和块茎膨大期根际土中的AMF类群的类型多于块茎形成期,其中Glomus是马铃薯不同发育阶段根际土中的优势类群;而Rhizophagus是3个不同发育阶段根系内的优势类群。2015和2016年马铃薯连作地块中根际土和根系内AMF类群的类型完全相同,但是不同的AMF类群的相对丰度随着马铃薯的连作呈现出显著的变化。其中,根际土样本中Glomus和Archaeospora类群的相对丰度随着连作有所上升,相应的Entrophospora和Diversispora相对丰度有所下降;根系样本中AMF的优势类群随着连作从Glomus转变为Rhizophagus。AMF多样性测定结果表明,连作对马铃薯根际土中AMF多样性的影响显著高于对根系内类群的影响。【结论】AMF类群的多样性会因土壤组成成分、马铃薯生育期和连作效应而呈现不同变化。