连作对大豆根际土壤细菌菌群结构的影响

土壤细菌的菌群结构是土壤生态环境质量的重要组成部分。为探明大豆连作种植后根际土壤细菌群落结构变化,试验选取连作0年大豆根际土样与连作2年大豆根际土壤,利用Illumina高通量测序技术对比研究了其中的细菌群落结构。结果表明,连作0年根际土壤中的细菌丰富度和多样性指数均高于连作2年大豆根际土壤中相应值。大豆根际土壤中的噬纤维菌科(Cytophagaceae)、鞘氨纯单胞菌(Sphingomonas)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)及链霉菌属(Streptomyces)等一些有益菌的相对丰度要变化并不显著。大豆连作会降低土壤的细菌多样性,改变细菌菌群结构。但是在短期连作过程中,不同作物根际微生物类群的变化规律各不相同,难以用来推断作物连作所存在普遍现象。以期试验结果同时为缓解短期大豆连作障碍提高大豆产量提供一定的理论依据。     

大棚蔬菜轮/连作系统土壤肥力与微生物因子综合评价

从土壤肥力与微生物因子探索连茬障碍机理,以期为其提供科学依据。研究草莓番茄轮作(RST)、番茄连作4年(CT4)和番茄连作10年(CT10)3种蔬菜种植模式根际与非根际土壤微生物区系及生理菌群,并对土壤肥力与微生物生物因子进行主成分分析。结果表明根际土壤微生物三大类群和生理菌群数量均高于非根际,根际效应显著。番茄连作根际与非根际土壤细菌和放线菌数量呈现先增加后减少趋势;真菌数量呈线型增加趋势,CT4和CT10在根际与非根际较RST分别增加9.09%和2.11%、75.48%和57.72%。番茄连作根际土壤硝化细菌和好气性自生固氮菌数量的减少,氨化细菌与好气性纤维素分解菌在短期连作表现为增加长期减少的变化趋势;解钾菌、无机磷和有机磷细菌数量在根际与非根际土壤均减少。在6种研究的种植模式中,RST根际土壤状况最好,其次为CT4的根际与RST非根际土壤,CT10的根际土壤、CT4与CT10非根际土壤状况最差。结论是蔬菜连作造成土壤质量下降,连作年限越长下降越显著。     

连作障碍与根际微生态研究 Ⅰ. 根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低。许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用。本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素(土壤空气、湿度、养分与微生物)、活性物质(自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素)、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示。     

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。     

连作障碍与根际微生态研究Ⅰ.根系分泌物及其生态效应

作物、蔬菜、果树以及苗木长期连作后,皆出现生长衰退和产量降低．许多研究结果表明,连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响,尤以植物残体与病原微生物的分解产物,对植物有致毒作用,并影响植物根系分泌物正常代谢,以致于发生自毒作用．本文围绕根系分泌物与根际微生态的相互关系,系统地介绍连作障碍条件下,影响根系分泌物的环境因素（土壤空气、湿度、养分与微生物）、活性物质（自身毒素、残体分解物、微生物产生毒素）、土壤病原菌等的根际效应,为深入研究根系分泌物与连作障碍的相互作用机制提供启示．     

三七连作障碍研究进展

三七是中国名贵中药材之一,但其在种植环节中存在严重的连作障碍现象。连作障碍产生的原因主要有根际土壤微生物群落变化、土传病虫害增加、化感物质积累及其自毒作用、土壤理化性状恶变等。以前三七连作障碍研究多集中于单一因素对连作障碍的影响及三七病虫害防治,疏于综合分析各种因素间的内在联系和相互影响。本文总结了作物连作障碍形成机制的最新研究进展,综合分析了各因素间可能存在的关系,首次提出了各因素对三七连作障碍影响指数的评估方法,建议了未来研究方向,旨在为揭示三七连作障碍形成机制提供参考,并为连作障碍消减提供理论依据。     

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。     

杨树人工林品种更替连作与非更替连作根际效应的比较

采用空间位移法对杨树人工林更替连作和非更替连作两种经营模式下土壤养分、土壤酶活性和土壤微生物的根际效应进行了比较研究,以期探明不同连作经营模式对杨树人工林土壤生态环境的影响,探讨品种更替对杨树人工林地力维持的生态效果。研究结果表明,更替连作和非更替连作均导致杨树人工林土壤发生不同程度的衰退,非更替连作导致的林地土壤衰退现象更为严重。杨树根际和非根际土壤养分在非更替连作中下降最为显著,土壤有机质的根际效应显著大于更替连作,而土壤速效N、P、K的根际效应在更替连作中显著增大。非更替连作导致根际和非根际土壤中过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性发生较大幅度的下降,而多酚氧化酶和过氧化物酶活性较大幅度的上升;更替连作也导致土壤酶活性有类似的变化趋势,但下降(上升)幅度远小于非更替连作,土壤酶活性的根际效应总体呈现非更替连作变化幅度强于品种更替连作的趋势。两种连作模式下土壤中可培养土壤微生物的数量变化大致呈现一致趋势,连作将导致根际和非根际土壤微生物数量整体下降,其中土壤细菌比例有所降低,真菌比例上升,土壤呈现从细菌型向真菌型转化的特点,非更替连作对土壤微生物的根际效应明显大于更替连作。更替连作和非更替连作根际效应的差异可能由不同杨树品种根系分泌物的差异所导致。     

施用生物质炭和羊粪对宿根连作茶园根际土壤微生物的影响

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm^-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明:施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的p H和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9%和47.5%,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.     

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.     

Microbial communities in sugarcane field soils with and without a sugarcane cropping history

Microbial communities in rhizosphere soil from sugarcane (Saccharum inter-specific hybrids) and bulk soil were compared at paired field sites with and without a sugarcane cropping history to determine whether monoculture affects soil microbial community composition. Differences were evaluated for culturable microorganisms and functional diversity indicated by community level physiological profiles (CLPP). Qualitative differences in rhizosphere bacterial communities were detected between sites with no sugarcane cropping history (N_site) and sites with a long-term sugarcane cropping history (L_site). More fluorescent pseudomonads were detected in N_site than L_site rhizosphere soil at two of three sites, and Actinobacteria were more numerous in N_site than L_site rhizosphere soil at one site. Fusarial fungi were more numerous in N_site than L_site rhizosphere soils. Bacteria were more numerous in rhizosphere soil compared to bulk soil. Total bacterial, pseudomonad, and Actinobacteria population densities were greater in bulk soil from an N_site compared to an L_site. CLPP distinguished bulk from rhizosphere soil at one of two sites and N_site and L_site rhizosphere soils at two of four sites. Site affected CLPP similarity more than cropping history. The results demonstrated that sugarcane monoculture can affect the composition of the microbial community in field soil. The findings have possible implications for reduced yields associated with sugarcane monoculture.     

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。     

加工番茄连作对农田土壤酶活性及微生物区系的影响

通过盆栽试验,研究了连作及活性炭处理对加工番茄土壤微生物数量及土壤酶活性的影响。结果表明:加工番茄连作对其微生物区系及土壤酶活性产生一定影响。随连作年限的增加,过氧化氢酶活性呈上升趋势,而脲酶、多酚氧化酶、蔗糖酶、磷酸酶活性呈下降趋势,通过活性碳处理后,脲酶、土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、磷酸酶活性比对照(未活性炭处理)增加,而过氧化氢酶活性降低。随连作年限的增加,连作2a和3a的细菌数量分别比1a降低12.1%和16.8%,真菌数量连作2a和3a分别比种植1a时提高20%和60%,放线菌数量连作2a和3a土壤中分别是种植1a的1.04倍和1.12倍,通过活性碳处理后,细菌的数量在连作2a和3a时分别比对照增加5.8%和1.6%,放线菌和真菌数量比对照分别降低13.0%、23.1%和8.3%、50%。反硫化细菌数量随连作年限延长而增加,硝酸细菌和好氧性自身固氮菌数量减少。可见通过活性炭处理可减轻自毒物质对加工番茄土壤酶和微生物的影响,从而缓解加工番茄连作障碍。     

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。     

甘草根际土壤微生物群落对长期连作的响应

光果甘草连年种植所引起的甘草产量下降、植株发育不良、根腐病频发严重影响甘草产业的持续发展,造成了重大的经济损失。然而,其机制却并不清楚。应用下一代测序技术,对未种植过光果甘草的土壤（Control）,生长1a （Gg1）和生长5a （Gg5）光果甘草的根际土壤行16S rDNA和18S rDNA ITS测序,并对比分析了甘草根际土壤和对照组之间,以及不同种植年限甘草根际土壤之间的微生物群落结构差异,以期探究光果甘草连作障碍的原因。结果表明,光果甘草连作增加了根际土壤细菌群落的丰富度,降低了真菌群落的丰富度（P>0.05）。主坐标分析显示,光果甘草的根际土壤微生物组成与对照组之间存在显著差异,并且光果甘草的种植年限显著地影响了根际土壤微生物的群落组成。在门水平上,光果甘草连作显著地增加了真菌Blastocladiomycota和Mortierellomycota的相对多度（P<0.05）。在属水平上,光果甘草连作显著地降低了有益细菌Arthrobacter和Pseudomona及有益真菌Naganishia的相对多度,而增加了病原真菌Fusarium和Thanatephorus的相对多度。由此推测,光果甘草根际土壤微生物群落结构的改变,以及有益微生物相对多度的降低和病原微生物相对多度的增加可能是导致光果甘草发生连作障碍的重要原因之一。     

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。     

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...