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。     

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。     

连作对地黄根际土壤细菌群落多样性的影响

采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术研究地黄连作下根际土壤细菌群落的动态变化.结果表明:地黄根际土壤细菌群落的香农多样性指数、丰富度指数和相似性指数均为对照(CK)1年2年,地黄连作下细菌优势种群的比例显著下降,种植1年土壤中厚壁菌门的芽孢杆菌纲在整个细菌群落中处于主导地位,而种植2年土壤中变形菌门ε-变形菌纲处于主导地位.地黄连作使其根际土壤细菌种类大量减少,群落结构趋于简单.连作后细菌群落多样性水平的变化导致根际土壤微生物群落功能的失调,可能是引发连作障碍的原因之一.     

抗草甘膦转基因大豆（RRS）对根际土壤细菌数量和多样性的影响

为深入研究种植抗草甘膦转基因大豆的黑土生态区根际土壤中细菌数量及多样性的变化,试验采用DGGE-cloning测序技术与传统培养相结合的方法,研究了抗草甘膦转基因大豆(RRS)对根际土壤细菌数量以及细菌群落多样性的影响.传统培养试验结果为RRS显著降低了土壤细菌的数量;DGGE图谱分析表明,RRS根际土壤细菌16SrDNA条带数、多样性指数及均匀度指数均要低于其他处理,聚类分析显示RRS带谱与RRS-S和Y-S差异较大,相似性分别为64%和64.4%;DGGE-cloning测序结果表明,在RRS处理中缺失条带1和条带12分别属于Uncultured bacterium和Nitrospira门Nitrospira属,其中条带1与其他切取条带最小遗传距离达0.4,与其他处理相比表现出弱势差异的条带2、4、5和条带11均属于Uncultured bacterium.研究表明,RRS不同程度上降低了根际土壤细菌的数量和细菌群落的多样性,并对根际土壤中Nitrospira属细菌有一定的抑制作用.     

施用棉秆炭对新疆连作棉花根际土壤微生物群落结构和功能的影响

以棉秆移除(NPK)和棉秆还田(NPKS)为对照,采用平板计数、Biolog和DGGE等3种方法,研究了棉秆移除基础上施用常量棉秆炭(22.50 t·hm~(-2),NPKB_1)和增量棉秆炭.(45.00 t·hm~(-2),NPKB_2)对新疆连作棉花根际土壤微生物数量、群落功能和结构多样性的影响.结果表明:与NPK和NPKS处理相比,棉秆炭施用显著增加了连作棉田根际土壤中细菌和放线菌数量;NPKB_1处理真菌数量显著高于NPK处理,但增量棉秆炭NPKB_2处理与NPK处理差异不显著;2个棉秆炭处理的真菌数量均低于NPKS处理.棉秆炭处理AWCD值较高显著提高了微生物丰富度指数,可促进利用糖类、氨基酸类和羧酸类碳源的微生物生长,尤其是利用与根系分泌物相关的酚酸类碳源的微生物.DGGE电泳结果表明,施用棉秆炭(尤其是增量棉秆炭)后,土壤细菌DGGE图谱条带数增多,增加了土壤中芽单胞菌门、酸杆菌门、变形菌门和放线菌门中一些菌群的丰度.UPGMC聚类分析表明,NPKB_2处理明显区别于其他处理,而NPKS、NPK和NPKB_1处理细菌群落结构相似.表明高量施用棉秆炭可显著提高棉花根际土壤微生物多样性,并明显改变土壤细菌群落结构,对连作棉田生态系统健康有改善作用.     

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。     

内生真菌与苍术粉对连作花生根际微生物区系和微量元素的影响

通过盆栽试验,研究了内生真菌拟茎点霉B3(Phomopsis liquidambari)及苍术(Atractylodes lancea)粉联合施用对连作花生根际土壤微生物区系、酶活性及有效态微量元素(Mo、B、DTPA-Fe、Zn、Cu、Mn)含量的影响。结果表明:内生真菌B3和苍术粉复合处理比内生真菌B3处理的荚果和秸秆产量分别增加10.28%和14.11%,内生真菌B3处理与正常施肥相比显著提高了根瘤数量、荚果和秸秆产重,各处理组与正常施肥对照相比分枝数和根长无显著差异。B3处理与对照相比显著提高了种子期、结荚期和成熟期根际土壤可培养细菌和放线菌数量,B3和苍术粉复合处理与对照相比显著提高种子期、花期和成熟期可培养真菌和放线菌数量;细菌DGGE指纹图谱聚类分析表明,B3和苍术粉复合处理相对于正常施肥处理,显著改变种子期、苗期、花期和成熟期花生根际土壤细菌群落结构,同时苗期、花期和结荚期的细菌条带数和香农指数也有所提高,真菌DGGE指纹图谱聚类分析表明,B3和苍术粉复合处理对真菌群落影响较大,除种子期以外的生育期真菌条带数和香农指数都有明显提高,花期真菌群落结构变化最大,相似度仅为49.6%。花生关键生育期(花期和结荚期)根际土壤脲酶和蔗糖酶活性B3处理和复合处理都显著高于正常施肥对照,促进了连作花生生态系统的物质循环和能量流动。B3和苍术粉复合处理促进了花生生长发育必需微量元素Mo、B、Fe、Zn、Mn的活化,花生叶片和籽粒中微量元素Mo、B、Fe的积累显著增加。研究结果表明,内生真菌和苍术粉联合施用能有效改善连作花生根际微生物区系,提高土壤酶活性,促进微量元素的活化和吸收,对缓解花生连作障碍具有重要意义。     

大豆连作对土体和根际微生物群落功能的影响

试验采用Biolog方法在大田试验条件下研究了不同连作年限大豆在结荚期和收获期根际和土体微生物群落功能多样性的变化.试验结果表明,在结荚期和收获期根际微生物群落功能多样性、均匀度指数和AWCD均显著高于土体.在结荚期迎茬和连作8a的土体微生物多样性、AWCD均高于正茬和连作4a土体;在收获期正茬和迎茬处理的土体微生物多样性、AWCD高于连作4a和8a.结荚期迎茬、连作4a和8a处理的根际微生物群落AWCD均显著高于收获期,说明在大豆植株生长旺盛的结荚期微生物群落的根际效应比收获期更明显.在这两个生长期降解氨基酸,糖类和羧酸类碳源的微生物可能是连作影响的主要土体微生物类群.     

番茄附生和内生细菌分离与群落相似性分析

为了溯清番茄生境以及各组织细菌群落间的相关性,以中杂302为试材,采用传统平板培养法结合16S r RNA拷贝数分析、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析,对番茄根区、根际土壤以及根、茎、叶片、果实、种子等组织附生和内生细菌的数量和群落相似性进行分析。结果表明,番茄根际的细菌数量最多,根区土壤次之;番茄组织附生细菌的数量显著低于根区和根际土壤中的细菌数量;组织附生细菌中,以根部最多,茎和叶片次之;组织内生细菌的数量较附生细菌少2-4个数量级,并以根内生细菌数量最多,种子表面胶状物中数量最少。DGGE细菌群落相似度分析表明,根际与组织内生样品间的相似度显著高于根区土壤,各组织内生细菌相互间的相似度最高,尤其是根、茎和叶片,以及种子、胎座、胶状物等相邻组织内生细菌间的相似度达到0.6以上。番茄组织尤其是相邻组织间的内生细菌群落结构相似,并与根际细菌密切相关。     

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。     

Evolution of bacterial communities in the wheat crop rhizosphere

The gap between current average global wheat yields and that achievable through best agronomic management and crop genetics is large. This is notable in intensive wheat rotations which are widely used. Expectations are that this gap can be reduced by manipulating soil processes, especially those that involve microbial ecology. Cross‐year analysis of the soil microbiome in an intensive wheat cropping system revealed that rhizosphere bacteria changed much more than the bulk soil community. Dominant factors influencing populations included binding to roots, plant age, site and planting sequence. We demonstrated evolution of bacterial communities within the field rhizosphere. Early in the season, communities tightly bound to the root were simplest. These increased in diversity with plant age and senescence. Loosely bound communities also increased in diversity from vegetative to reproductive plant stages but were more stable than those tightly bound to roots. Planting sequence and, to a lesser extent, wheat genotype also significantly affected rhizosphere bacteria. Plasticity in the rhizosphere generated from crop root system management and genetics offers promise for manipulating the soil ecology of intense cereal systems. Analyses of soil microbiomes for the purpose of developing agronomic benefit should include roots as well as soil loosely adhered to the roots, and the bulk soil.     

宁夏黄土高原马铃薯连作栽培对土壤可培养细菌遗传多样性的影响

采用平板培养、BOXAIR-PCR和16S rDNA RFLP技术对宁夏黄土高原马铃薯连作栽培土壤可培养细菌遗传多样性进行研究。结果表明,4个连作年限2个生育期8份土样共分离到91株细菌菌株, BOXAIR-PCR分析发现,91株细菌菌株的遗传相似系数为0.531～0.939,相同连作年限不同生育期根际土细菌菌群分布不同,不同连作年限同一生育期根际土细菌菌群的分布也不同,随着连作年限增加,可培养细菌遗传多样性呈现下降趋势;结合16S rDNA 的序列分析,从91株菌株中筛选出的41个代表菌株可分为23个物种,分属于细菌域的12个属,其中,芽孢杆菌属（Bacillus）占同一连作年限菌株数的53.6%。连作导致土壤细菌菌群结构发生变化,出现各自特有的菌属。系统发育分析表明,23个细菌物种分布于6个系统发育群。     

Effects of intercropping with soybean on bacterial and nitrogen-fixing bacterial diversity in the rhizosphere of sugarcane

为探讨间作大豆(Glycine max)对甘蔗(Saccharum officinarum)根际土壤细菌及固氮细菌多样性的影响, 收集和开发固氮菌资源, 筛选高效甘蔗联合固氮体系, 选用3个甘蔗栽培品种‘ROC22’、‘GT21’、‘B8’与大豆品种‘Guizao 2’进行间种栽培, 采用巢式PCR特异扩增细菌16S rRNA基因片段和固氮细菌nifH基因片段, 并结合变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术, 对间作大豆的甘蔗根际土壤细菌及固氮细菌进行系统演化和多样性分析。聚类分析结果显示, 间作大豆改变了甘蔗根际土壤细菌及固氮细菌原来的群落组成结构, 尤其对固氮菌群落组成的改变更大, 但对群落物种的优势度影响较小。Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数分析结果表明, 甘蔗-大豆间作显著影响甘蔗根际土壤中细菌和固氮菌的多样性, 其中对固氮细菌多样性的影响较大。不同甘蔗品种的根际土壤细菌和固氮菌在间作大豆条件下表现出不同的多样性, ‘ROC22’和‘GT21’间作处理甘蔗根际土壤固氮细菌的Shannon-Wiener多样性指数显著高于单作处理, 而‘ROC22’与大豆间作处理的甘蔗根际土壤固氮菌多样性最为丰富。在大豆生长盛期, 间作处理的甘蔗根际土壤细菌多样性最为丰富, 不同处理间的差异也最大, 随后下降。总体来看, 甘蔗-大豆间作显著地影响根际土壤细菌和固氮菌的群落结构和群落多样性, 有助于对甘蔗合理间作栽培模式的认识和筛选高效甘蔗联合固氮体系。     

云南文山健康三七种植年限对根际微生物群落的影响

【背景】三七的连作障碍与微生物区系失衡有一定关联,了解种植年限对三七微生物区系的影响,判断根际微生物区系是否失衡,对三七连作障碍的防治具有重要意义。【目的】探究文山不同种植年限健康三七根际土壤细菌和真菌群落结构、多样性差异,以及与种植年限之间的关联,为后续缓解三七连作障碍提供理论依据。【方法】采集一年生、二年生和三年生健康三七根际土壤,采用16S rRNA基因和ITS序列进行高通量测序。对测序结果进行分析,比较一年生、二年生和三年生健康三七根际土壤细菌和真菌的多样性和群落分布规律及与种植年限的关联。【结果】一年生健康三七根际细菌和真菌群落的α指数均显著高于二年生和三年生。通过β多样性分析发现,一年生健康三七根际土壤中真菌群落结构与其他年限的真菌群落结构有较大差异。相关性分析结果表明,真菌的均匀度和香农指数与种植年限呈现显著的负相关性,其余指数不显著相关。三七根际丰富度前三的门和属,除Acidobacteria和Aquicella丰富度随着三七种植年限的增加而显著增加外,其余群落丰度都与种植年限呈负相关。细菌中Bacteroidetes、Proteobacteria和真菌中Ascomycota、Basidiomycota、Chytridiomycota的丰富度随着种植年限增加而降低。在属水平上,细菌中Opitutus和真菌中Mortierella、Clitopilus、Pholiota的丰富度随着三七种植年限的增加而降低。在二年生三七根际土壤中病原真菌Alternaria、Cylindrocarpon、Fusarium和Pestalotiopsis的丰富度低于一年生和三年生,而有益真菌Mucor和Bacillus的丰富度却呈相反趋势。同时,有益细菌Flavobacterium和有益真菌Myxocephala、Aspergillus的丰富度随着种植年限的增加呈下降趋势。【结论】三七种植年限的增加,会引起三七根际微生物区系失衡,增加根际病原真菌属的丰度,同时降低一些有益真菌属的丰度。     

Variation of Bacterial Community Diversity in Rhizosphere Soil of Sole-Cropped versus Intercropped Wheat Field after Harvest

As the major crops in north China, spring crops are usually planted from April through May every spring and harvested in fall. Wheat is also a very common crop traditionally planted in fall or spring and harvested in summer year by year. This continuous cropping system exhibited the disadvantages of reducing the fertility of soil through decreasing microbial diversity. Thus, management of microbial diversity in the rhizosphere plays a vital role in sustainable crop production. In this study, ten common spring crops in north China were chosen sole-cropped and four were chosen intercropped with peanut in wheat fields after harvest. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and DNA sequencing of one 16S rDNA fragment were used to analyze the bacterial diversity and species identification. DGGE profiles showed the bacterial community diversity in rhizosphere soil samples varied among various crops under different cropping systems, more diverse under intercropping system than under sole-cropping. Some intercropping-specific bands in DGGE profiles suggested that several bacterial species were stimulated by intercropping systems specifically. Furthermore, the identification of these dominant and functional bacteria by DNA sequencing indicated that intercropping systems are more beneficial to improve soil fertility. Compared to intercropping systems, we also observed changes in microbial community of rhizosphere soil under sole-crops. The rhizosphere bacterial community structure in spring crops showed a strong crop species-specific pattern. More importantly, Empedobacter brevis, a typical plant pathogen, was only found in the carrot rhizosphere, suggesting carrot should be sown prudently. In conclusion, our study demonstrated that crop species and cropping systems had significant effects on bacterial community diversity in the rhizosphere soils. We strongly suggest sorghum, glutinous millet and buckwheat could be taken into account as intercropping crops with peanut; while hulled oat, mung bean or foxtail millet could be considered for sowing in wheat fields after harvest in North China.     

轮套作对黄瓜根际土壤细菌种群的影响

以黄瓜为试材,采用PCR-DGGE技术研究了小麦、大豆、毛苕子、三叶草和苜蓿与黄瓜轮作及大蒜、毛葱与黄瓜套作对黄瓜根际土壤细菌种群的影响.结果表明:轮套作对黄瓜根际土壤细菌种群的种类、数量和黄瓜产量具有一定的影响，提高了土壤细菌种群多样性指数、均匀度指数和黄瓜产量.对DGGE条带进行测序的结果表明，它们大多与不可培养的细菌种属具有较高的同源性，大多为鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）和变形细菌纲（Proteobacteria）, High bacterium G+C只在以毛葱为套作作物的黄瓜根际中出现.不同轮套作中细菌种群多样性随黄瓜生育期的变化而变化，在盛瓜期达最高值.以小麦为轮作作物和以毛葱为套作作物的黄瓜轮套作栽培模式最佳.     

添加高粱根茬根际土对连作黄瓜生长和根际微生物的影响

为了分析添加高粱根茬根际土对连作黄瓜生长和根际微生物群落特征的影响,本研究通过盆栽试验,采用荧光定量PCR和高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落组成的差异。试验共设4个处理: CK(不施肥),T₁(单施化肥),T₂(优化施肥),T₃(优化施肥+高粱根茬根际土)。结果表明: 与其他处理相比,T₃处理促进了黄瓜生长发育,提高了土壤中16S rRNA和ITS rRNA基因数量。与T₁处理相比,T₂和T₃处理明显提高了细菌群落的丰富度和多样性,不同处理间真菌群落的丰富度和多样性差异不明显。添加高粱根茬根际土在一定程度上改变了基于门、属水平上的细菌和真菌群落结构。其中,细菌中提高了酸杆菌门和拟杆菌门的丰度,降低了变形菌门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门和芽孢杆菌属的丰度;真菌中提高了担子菌门、木霉菌属和假散囊菌属的丰度,降低了镰刀菌属和绿僵菌属的丰度。冗余分析表明,土壤硝态氮和有机质含量分别是影响细菌和真菌群落结构差异的关键因子。添加高粱根茬根际土不仅提高了连作黄瓜土壤微生物数量和细菌多样性,而且增加了有益菌木霉菌属的丰度,降低了致病镰刀菌的丰度和数量,保障了黄瓜存活率,为缓解黄瓜连作障碍提供了一条切实可行的解决途径。