缓解花生连作障碍的根际促生菌分离及功能鉴定

【目的】长期连作障碍严重降低花生生产的产量及品质,根际促生菌可有效降解土壤中自毒化感物质、抑制植物病原菌生长及促进植物生长,从而有效缓解连作障碍问题。筛选优化具有缓解花生连作障碍能力的多功能根际益生微生物,验证其益生作用能力,为根际促生菌株在连作障碍中的应用提供理论依据及技术支持。【方法】采集连作12年地块花生根际土壤,利用以酚酸为唯一碳源的筛选培养基获得具有酚酸自毒化感物质降解及利用能力的根际促生菌,通过16S rRNA基因测序进行系统发育分析,确定根际促生菌菌株的分类地位,并验证其对植物病原菌生长抑制能力及解磷、解钾、产植物激素吲哚乙酸能力。【结果】从连作12年的花生发病土壤中获得7株可高效降解酚酸类自毒物质且降解底物多样的根际微生物菌株,经16S rRNA测序比对分别为克雷伯氏菌B02 (Klebsiella sp. B02)、克雷伯氏菌B07(Klebsiella sp. B07)、克雷伯氏菌B15 (Klebsiella sp. B15)、芽孢杆菌B28 (Bacillus sp. B28)、不动杆菌P09(Acinetobacter sp. P09)、布鲁氏杆菌VA05 (...     

摩西斗管囊霉改善连作花生根际土壤的微环境

花生(Arachis hypogaea)长期连作导致土壤环境恶化,严重影响产量和品质。丛枝菌根真菌(AMF)作为有益真菌能够与80%的陆生植物根系形成共生关系,这种共生体能够改善植物根系微环境,提高植物对营养物质的吸收和对逆境胁迫的抗性。为了探究AMF对花生连作土壤微环境的影响,该研究通过对花生连作土壤接种和未接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)试验,在花生不同生长期检测根际土壤的酶活性、土壤矿物质含量、土壤微生物群落结构和多度的变化情况,以及对连作花生产量和品质的影响。研究结果表明:1)摩西斗管囊霉能够显著提高花生根际土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和硝酸还原酶的活性; 2)摩西斗管囊霉显著增加花生连作土壤中全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾的含量; 3)摩西斗管囊霉显著降低土壤中有害真菌曲霉菌属(Aspergillus)的多度,减少镰刀菌属(Fusarium)和赤霉菌属(Gibberella)的多度,但是没有达到显著水平,显著增加有益细菌放线菌Gaiella属的多度; 4)摩西斗管囊霉显著提高连作花生的产量,增加籽仁中蛋白质、油酸和亚油酸的含量。因此,摩西斗管囊霉能够改善连作花生根际土壤微生态环境,增强连作土壤对致病菌的抵抗能力,从而缓解连作障碍对花生根系的危害。     

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。     

摩西斗管囊霉改善连作花生根际土壤的微环境

花生(Arachis hypogaea)长期连作导致土壤环境恶化, 严重影响产量和品质。丛枝菌根真菌(AMF)作为有益真菌能够与80%的陆生植物根系形成共生关系, 这种共生体能够改善植物根系微环境, 提高植物对营养物质的吸收和对逆境胁迫的抗性。为了探究AMF对花生连作土壤微环境的影响, 该研究通过对花生连作土壤接种和未接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)试验, 在花生不同生长期检测根际土壤的酶活性、土壤矿物质含量、土壤微生物群落结构和多度的变化情况, 以及对连作花生产量和品质的影响。研究结果表明: 1)摩西斗管囊霉能够显著提高花生根际土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和硝酸还原酶的活性; 2)摩西斗管囊霉显著增加花生连作土壤中全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾的含量; 3)摩西斗管囊霉显著降低土壤中有害真菌曲霉菌属(Aspergillus)的多度, 减少镰刀菌属(Fusarium)和赤霉菌属(Gibberella)的多度, 但是没有达到显著水平, 显著增加有益细菌放线菌Gaiella属的多度; 4)摩西斗管囊霉显著提高连作花生的产量, 增加籽仁中蛋白质、油酸和亚油酸的含量。因此, 摩西斗管囊霉能够改善连作花生根际土壤微生态环境, 增强连作土壤对致病菌的抵抗能力, 从而缓解连作障碍对花生根系的危害。     

花生根际促生复合菌剂对连作花生生理生化指标和根际细菌群落的影响

【目的】利用多功能根际促生菌剂促进花生生长,缓解连作障碍对花生的生长抑制。【方法】从10年连作花生根际土中筛选根际微生物,测定其促生及拮抗能力,并经16S rRNA基因测序确定菌株分类。选取3株功能互补且相互之间无生长抑制的根际促生菌制备微生物复合菌剂,利用发芽及盆栽试验验证微生物复合菌剂的促生效应。利用高通量测序技术对花生根际土壤细菌的16S rRNA基因的V3-V4区进行测序分析。【结果】从连作花生根际中共筛选获得37株具有促生及抑制植物病原菌生长能力的根际促生菌,选取3株制备微生物复合菌剂。与空白对照相比,复合菌剂显著提升花生发芽率13.22%;与单独使用根际促生菌相比,复合菌剂显著提升花生发芽率分别为6.99%、7.51%、8.87%。施用复合菌剂对花生根系形态、根瘤数量、叶绿素含量、植株光合参数和植株抗氧化酶活均有显著促进作用,花生根系总长、根尖数、主根直径、根系体积和根系活力分别增加了43.50%、49.31%、15.11%、16.92%和112.16%;花生苗期、花针期叶片叶绿素含量和光合作用均得到显著的提高;花生根瘤数量每株增加34个。施用复合菌剂后对花生的根际细菌多样性影响并不显著,在门水平上的优势菌门变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota)占70%以上。在属水平上新鞘氨醇菌属(Novosphingobium)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)是优势菌属。【结论】本研究研制的花生根际促生复合菌剂可有效促进花生种子发芽、花生根系生长、提高叶片叶绿素含量以及促进植物光合作用,为缓解花生连作障碍及丰产增收提供有效的技术支持。     

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.     

内生真菌对花生残茬腐解及土壤酚酸含量的影响

土壤中花生残茬是导致连作障碍的原因之一。为了探讨施加内生真菌Phomopsis liquidambari(B3)对加速花生残茬腐解、改善连作花生土壤环境、缓解花生连作障碍的作用及其可能机理,通过向土壤中添加花生(Archis hypogaea)残体,利用盆栽试验探讨了施加B3对花生残茬腐解率、土壤部分酚酸物质和酶活性的影响。结果表明:与CK相比,在萌发期和苗期,添加B3处理显著加快残茬腐解,提高纤维素木质素降解率,增加土壤中对羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸的含量;在花生整个生育期,施加B3显著调节了土壤中漆酶、锰过氧化物酶(Manganese peroxidase,Mn P)、木质素过氧化物酶(Lignin peroxidase,Li P)和多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)活性的动态变化,这种变化有利于花生残茬快速腐解和酚酸类化感物质的及时转化。开花期之后施加B3处理土壤酚酸含量显著降低,花生荚果增产19.9%。实时定量PCR结果表明内生真菌B3在土壤中30 d内可以被检测,并对复杂多样的酚酸类物质具有广谱高效的降解能力。由此说明,施加内生真菌B3可以显著加快连作土壤中花生残茬腐解,进而通过减少土壤酚酸含量来缓解由残茬腐解引起的连作障碍。     

作物连作障碍的成因与机制及其消减策略

在论述作物连作障碍危害的基础上,从植物营养学、土壤学、微生物学角度分析产生作物连作障碍的原因与形成机理,认为作物连作障碍形成是复杂的根际生物学过程,它是由连作作物根系分泌物介导引起根际土壤微生物结构失衡,导致病原微生物增多,土壤酸化和营养封存综合作用的结果。据此,进一步就连作障碍防治措施及修复技术进行归纳总结,为有效克服作物连作障碍提供技术借鉴。     

三种根系分泌脂肪酸对花生生长和土壤酶活性的影响

为了探讨花生连作后土壤中脂肪酸类物质的累积与花生连作障碍间的关系,为花生连作障碍机理的研究提供新的理论依据,以田间土壤为介质,采用盆栽试验的方法研究了花生根系分泌物中3种长链脂肪酸,即:豆蔻酸、软脂酸和硬脂酸的混合物,对花生植株生长、产量和土壤酶活性的影响。结果表明,当土壤中脂肪酸的初始含量较低时(80 mg/kg土),对花生植株的生长和产量有微弱的促进作用(P>0.05),当土壤中脂肪酸的初始含量较高时(160 mg/kg土和240 mg/kg土),显著抑制了花生植株的生长和产量(P<0.05)。叶片叶绿素含量、根系活力、土壤酶(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶)活性在低脂肪酸含量处理下升高,在高脂肪酸含量处理下显著降低(P<0.001)。光合产物、根际有效养分的减少和根系养分吸收能力的降低,可能是导致花生植株生长和产量降低的原因之一。花生连作土壤中豆蔻酸、软脂酸和硬脂酸的累积与花生的连作障碍有着密切关系。     

微生物降解植物化感物质酚酸的研究进展

近年来,农作物连作障碍问题日益严重,给农业生产和可持续发展带来十分不利的影响。连作障碍成因复杂,其中植物化感物质酚酸的毒性作用是重要因素,而消除酚酸最经济、环保、有效的方法是生物防治法。本文综合阐述了利用微生物降解植物化感物质酚酸的菌株资源、酚酸底物范围和降解效果,进而分析论述了微生物降解主要酚酸阿魏酸、香草酸、丁香酸、原儿茶酸等的代谢途径、关键酶及分子机制,推进了对酚酸降解机制的系统认识。在此基础上,阐述了酚酸降解菌在优化作物根际微环境、缓解作物连作障碍及农业资源利用等方面的应用,提出了存在的问题和展望,为深入研究和开发应用微生物资源解决连作障碍等问题、促进现代农业可持续发展提供理论参考。     

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。     

Diurnal changes in photosynthesis and antioxidants of Angelica sinensis as influenced by cropping systems

Diurnal dynamics of photosynthetic character of Angelica sinensis, as well as effect of continuous cropping on leaf photosynthetic character, antioxidant enzyme activity and growth of A. sinensis were investigated under field condition. The results showed that the diurnal net photosynthetic rate of A. sinensis in sunny day exhibited a double-peak pattern, and the peaks occurred at 9:45 and 16:45 h, respectively. There was a significant midday depression with A. sinensis, which was caused principally by stomatal factors such as stomatal conductance. The results also showed that net photosynthetic rate (P _N), transpiration rate (E), stomatal conductance (g _s), intercellular CO₂ concentration (C _i), and chlorophyll content (Chl) of A. sinensis plants under continuous cropping were significantly lower than those of the control. The activity of total superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and growth parameters of A. sinensis plants were significantly decreased under continuous cropping condition. This study provides evidence of continuous cropping obstacle effect on photosynthesis, antioxidant enzyme activity, and growth parameters of A. sinensis in a field experiment, which partly explained the yield reduction of A. sinensis in the field, when it was cultivated continuously on the same soil.     

甘肃省中部沿黄灌区轮作和连作马铃薯根际土壤真菌群落的结构性差异评估

甘肃省中部沿黄灌区是西北地区乃至全国重要的加工型马铃薯生产基地,然而因集约化种植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可持续发展。采用大田试验与PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)技术相结合的方法,并通过真菌的18S r DNA序列分析,评估轮作(未连作)和连作条件下马铃薯根际土壤真菌群落在组成结构上的差异,以期为甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作的土壤障碍机理研究提供新证据。结果表明,同轮作相比,连作显著降低了马铃薯块茎产量和植株生物量,并且随着连作年限的延长,连作障碍也愈加严重。长期连作(6a)也导致马铃薯根冠比显著增加和植株收获指数的显著下降。在根际土壤真菌的种群数量和多样性上,连作和轮作间无显著差异,但在群落组成结构上差异明显。真菌18S r DNA测序分析进一步表明,马铃薯连作较轮作相比增加了Fusarium sp.和Fusarium solani以及Verticillium dahliae的种群或个体数量,而这些真菌是导致马铃薯土传病害的主要致病菌类型。根际土壤真菌群落组成结构的改变特别是与土传病害有关的致病菌滋生可能是导致当地马铃薯连作障碍的重要原因。     

间作植物和茬口对连作党参生长和品质产量的影响

选择两种茬口(轮作茬、连作茬)和6种植物材料(党参、大蒜、玉米、黄芪、苦参、向日葵),组成党参单作和间作6种种植模式,设置茬口和间作模式两因素田间随机区组试验,通过监测不同生长时期党参的生长指标(蔓长、主根长、主根直径、地下部分鲜干重)、根部产量及品质指标(根部多糖含量、炔苷含量、醇溶性浸出物含量和灰分含量)的变化衡量不同茬口和间作植物对党参连作障碍的缓解效应。结果表明：(1)轮作茬口下党参单作及各间作处理对党参生长、品质和产量的改善效果都较连作茬口下明显,且两茬口下各间作处理的改善效果都较党参单作明显。(2)与向日葵、大蒜和玉米间作处理对两茬口党参的主根长、主根直径、地下部分鲜干重的提升效果比党参单作和其余间作处理(与黄芪、苦参间作)更显著。(3)大蒜和向日葵间作处理能够显著提高两茬口党参根部产量,尤其大蒜表现最优,与其间作的轮作茬和连作茬党参分别较各自对照增产49.92%和22.55%。(4)与大蒜间作能有效提升两茬口党参根部多糖含量、炔苷含量和醇溶性浸出物的含量,党参单作和其余间作处理对两茬口连作党参的品质提升效果不及大蒜间作处理理想。研究发现,从党参长势及根部产量和品质综合分析,两茬口下党参与大蒜间作最有利于党参植株生长,能有效缓解党参连作障碍,并显著提高其药用部位的产量和品质,且轮作茬口下的提高效应更明显。     

长期连作农田土壤细菌群落结构和共现网络拓扑性质对土壤理化性质的响应

【目的】为探究长期连作土壤细菌群落结构和分子生态网络与土壤环境演化的关联性。【方法】本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术,解析了湖南省浏阳市两块连作十二年农田(表现连作障碍的GD和健康的YA)土壤微生物群落组成结构和分子生态网络拓扑性质与土壤理化性质的关系。【结果】GD土壤总氮和有效磷含量显著高于YA,而土壤硝态氮和速效钾含量显著低于YA(P<0.05)。GD土壤细菌群落多样性高于YA,两地土壤细菌群落结构存在显著差异(P<0.01),且与土壤pH和有效磷含量相关。进一步分析表明,GD土壤细菌群落之间比YA具有更复杂的生态网络,主要体现在能量代谢、碳循环和氮循环功能模块。【结论】综上所述,连作会引起土壤细菌群落多样性、组成结构和生态网络变化,这可能与土壤理化性质恶化、土壤肥力下降密切相关,进而影响作物生长发育。     

不同连作年限甜瓜种植土壤性质和微生物多样性

[背景]连作种植和化肥、农药过量施用导致设施甜瓜土壤质地恶化、病害严重,甜瓜产量和质量下降.[目的]明确甜瓜连作种植年限对土壤化学性质、土壤酶活性和微生物多样性的影响.[方法]以甜瓜种植1年、5年和10年的温室耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法、土壤酶活测定试剂盒、稀释涂布平板法和Illumina MiSeq高通量测...     

辣椒连作对土壤细菌群落的影响

【目的】土壤微生物对农业生态系统的长期可持续性至关重要。为探讨不同连作年限对辣椒土壤细菌群落结构和潜在功能的影响。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序PICRUSt功能预测相结合的研究方法,对不同连作年限下(1Y、3Y、5Y和10Y)的辣椒土壤细菌微生物群落结构和功能进行分析。【结果】微生物多样性指数和共生网络复杂度随连作年限的延长而降低,同时,连作年限变化对细菌群落组成有显著影响。不同的土壤细菌种群对连作措施的响应程度不一,长期连作增加了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,但降低了绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和髌骨细菌门的相对丰度。PICRUSt功能预测结果表明,延长连作年限改变了土壤细菌整体的氮、磷代谢能力,导致细菌群预测功能基因发生了变化,能量代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等重要代谢功能基因减少,而折叠、分类和降解、复制和修复、膜转运、细胞生长与死亡等功能基因丰度明显增加。冗余分析表明,土壤有机质和有效磷是影响细菌群落迁移和功能变化的关键土壤理化因子。【结论】延长辣椒连作年限后,细菌群落结构改变和多样性下降导致土壤微生物群落功能失调可能是造成辣椒连作障碍的原因之一。     

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.     

连作对浙贝母生长及土壤性质的影响

采用大田试验,分别在浙贝母种植的头茬、二茬及四茬田里进行植物及土壤取样,分析土壤理化性质、微生物区系、关键酶等指标.结果表明:随着连作年数的增加,浙贝母连作土壤中有效氮、有效磷及有效钾的含量显著降低,但有机质含量逐年增加,土壤呈酸化趋势;根区土壤中细菌、放线菌及微生物总量呈线性减少,但真菌数量呈线性增长;重茬根区土壤的脲酶、过氧化氢酶活性显著低于头茬土,但多酚氧化酶及蔗糖酶活性出现增加现象.在连作障碍下,浙贝母叶内膜脂过氧化程度加剧,SOD、POD等抗氧化酶活性降低,地上、地下部生物量以及根长、根表面积均显著降低.说明浙贝母连作障碍是由于土壤营养元素缺乏、根际酸化、微生物区系改变、氧化胁迫加剧等多原因造成的.