甘薯连作对根际土壤微生物群落结构的影响

为探究甘薯连作后根际土壤微生物群落结构变化,以徐薯18(耐连作品种)和遗字138(不耐连作品种)为试验材料,连作2年,于栽植初期和收获前期分别采集根际土壤,利用磷脂脂肪酸法(PLFA)分析其根际土壤微生物群落结构变化。结果表明,连作后,2个品种根际土壤的总PLFA含量均有所提高,与2015年相比,2016年栽植初期遗字138根际土壤真菌和放线菌PLFA的增加量分别是徐薯18的3.5倍和1.24倍,且均达到显著水平;F/B和G⁺/G^-在不同采样时期有所不同;主成分分析提取的2个主成分解释了89.05%的变异,其中PC1解释了76.91%的变异,PC2解释了12.14%的变异。2个品种连作前后差异明显。休闲期甘薯根际土壤微生物含量增多,这可能有助于缓解连作障碍。综上,甘薯连作导致甘薯根际土壤微生物群落结构失衡,特别是不耐连作品种连作后导致真菌数量明显增加。本研究结果为应用生态防控技术缓解连作障碍提供了理论依据。     

不同林龄杉木根际与非根际土壤微生物群落特征

为探究中亚热带杉木土壤微生物群落随林龄变化特征,以中亚热带7,24,34 a生杉木人工林为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析其根际和非根际土壤微生物数量和群落结构及驱动土壤微生物变化的主要土壤环境因子。结果表明:随着杉木林龄的增长,非根际土壤各类微生物数量不断减少,根际土壤微生物数量不断增加,34 a生杉木人工林细菌含量、革兰氏阴性菌含量、Cy:MONO根际土壤显著高于非根际土壤,而其他各类微生物在根际和非根际土壤间均没有显著差异。相关分析和冗余分析结果表明:土壤环境因子对杉木土壤微生物群落有显著影响,其中有效磷和铵态氮含量对土壤微生物群落的影响较大,有效磷含量与土壤微生物群落呈正相关,土壤铵态氮含量与其呈负相关。因此,在杉木人工林管理过程中,可适当增加磷的输入,以增加土壤微生物数量,提高土壤质量,促进杉木的生长。     

银北盐碱区植物根际土壤酶活性及微生物群落特征

开展盐碱区耐盐植物根际微生物群落多样性研究,对于盐碱土壤的植被恢复和生态修复具有重要意义。运用Biolog微平板技术,对宁夏银北盐碱区6种耐盐植物根际土壤酶活性及微生物群落代谢功能多样性进行研究。结果表明:不同植物根际土壤理化性质和酶活性存在一定的差异。与裸地相比,6种植物能显著提高盐碱地土壤酶活性,苜蓿根际土壤三种酶活性显著高于其他植物。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而逐渐增加,大小顺序依次为苜蓿(MX)、芨芨草(JJC)、柽柳(CL)、柳枝稷(LZJ)、苦豆子(KDZ)、枸杞(GQ)和裸地土壤(CK),根际土壤与盐碱裸地土壤之间差异显著(P0.05)。土壤微生物群落香农指数、辛普森指数和麦金塔指数均以苜蓿根际土壤最高,芨芨草次之,二者较其他土壤差异显著(P0.05)。不同植物根际土壤微生物碳源利用能力存在差异,苜蓿根际土壤微生物的利用率显著高于其他土壤(P0.05),碳水化合物类是根际土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类和羧酸类,胺类的利用率最小。主成分分析显示,对PC1和PC2起分异作用的主要碳源为碳水化合物类和羧酸类。综合各项指标,均表现为植物根际土壤优于盐碱裸地,其中苜蓿和芨芨草能显著提高土壤微生物群落功能多样性,对盐碱地根际微环境的养分循环具有积极意义。     

磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响

磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量,调节土壤微生物的群落结构和多样性,但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验,设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)?kg?1和高磷200 mg(P)?kg?1],以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象,采用Biolog微平板法,分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化,揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明:随着培养时间的延长,土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势,直至碳源消耗殆尽;高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development,AWCD),提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用,但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用;在培养前72 h内,高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数,但培养72 h后,磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明,提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用,高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之,糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源,短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用,在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。     

连作和轮作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征

根际微生物区系失衡是作物连作障碍发生的重要原因,而不同的种植管理模式下作物极可能选择特定的根际微生物群落减缓或加重连作障碍。采用经典可培养技术和分子分类方法,分析连作和轮作体系下花生根表、根际及非根际土壤微生物群落变化规律及其与连作障碍之间的关系。结果表明:与轮作相比,连作栽培模式下花生荚果产量降低45.8%、根瘤数减少57.5%、植株生物量下降24.1%;相应的青枯病和根腐病病情指数分别增加至2.93倍和2.43倍。轮作和连作两种管理方式下,土壤细菌和真菌数量均呈明显空间分异规律,从"根表—根际—非根际"显著下降,尤其根表微生物数量是根际微域的2.83倍～329倍。进一步分析则发现,轮作和连作条件下花生根表微生物的数量差异最大,细菌约为1.06倍～3.28倍、真菌约为1.14倍～14.44倍,这种差异明显高于轮作和连作花生在根际和非根际微域上的差异,表明根表微生物群落受花生根系生理代谢活动影响最大,与连作障碍关系最为密切。针对可培养微生物菌群的分子鉴定则表明,轮作花生根表有益微生物主要包括假单胞菌(Pseudomonas sp.)、白地霉(Geotrichumcandidum),其比例明显高于连作,而连作花生根表的病原菌比例则明显高于轮作,包括踝节菌(Talaromyces sp.)、黑曲霉(Aspergillus niger)、粉红粘帚菌(Clonostachys rosea)和沙雷氏菌(Serratia sp.)等。这些结果表明连作种植模式有利于病原真菌在根表定殖,抑制了有益细菌的生长,可能是花生连作障碍下土传病害大幅上升的重要原因。     

不同作物根际土壤微生物的群落结构特征分析

为探究根际微生物群在支持植物生长、发育和健康方面的重要作用,本研究在2017年7月采集同一农田中大豆[Glycine max (L.) Merr.]、玉米[Zea mays)、花生(Arachis hypogaea L.]、四季豆[Phaseolus vulgaris L.]、豇豆[Vigna unguiculata (L.) Walp]、番薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]和芋艿[Colocasia esculenta (L.) Schoot]7种不同作物,通过Illumina MiSeq测序技术和磷脂脂肪酸(PLFA)对这7种不同作物的根际微生物群落结构和组成进行了分析。结果显示,不同作物根际土壤微生物的PLFA种类和组成差异显著,但均以表征革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌的特征脂肪酸为主。花生根际土中微生物的PLFAs含量最高,花生根际土中的真菌细菌比(F/B)显著高于其他作物,且其革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G⁺/G^-)最低。尽管在门水平,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和厚壁菌门是7种作物根际微生物的主要优势门,但是在纲水平和目水平不同作物根际微生物组成存在差异。Alpha多样性分析表明,大豆根际的OTU丰富度(Chao1,P<0.001)和细菌群落多样性(Shannon,P<0.001)在7种作物中最高。非度量多维尺度分析(NMDS)表明,根际微生物群落结构在OTU和PLFAs水平下均以不同作物形成聚类,不同聚类间的差异显著。根际敏感微生物的筛选和比较进一步说明不同作物对根际微生物的选择具有差异性,群落中某些特定菌群优势度存在区别,不同作物具有不同敏感微生物的选择倾向。本研究为构建健康的植物根际微生物群落以促进植物育种提供了基础。     

秦岭火地塘林区主要树种根际微生态系统土壤性状研究

研究了秦岭火地塘林区油松,华山松,锐齿栎和华北落叶松４个树种根际微区土壤特性,结果表明,４个树种根际土壤的pH值均低于非极际土壤,其中华北落叶松影响最明显,pH值相差达１个单位,锐齿栎影响最小,有机质含量４个树种则均是根际土壤大于非根际土壤,锐齿栎根际土壤的有机质含量最高,全Ｎ,水解N必 Ｋ含量,在根际出现一定程度的富积,速效Ｐ则在根际土壤明显产生亏缺,全Ｐ在根际土壤和非极际土壤之间的差异不明显,土壤微生物总量和３种土壤酶活性均有根际土壤高于非根际土壤,说明极系的生理代谢活动能明显增根际土壤生物活性和物质转化速率。     

转基因玉米双抗12-5对根际土壤酶活性及 微生物多样性的影响

采用田间试验研究了转基因玉米瑞丰1号-双抗-12-5(RF1-12-5)种植对根际土壤酶活性、微生物群落的影响,可为RF1-12-5的环境释放和商业化应用提供科学的安全性评价数据支持。研究结果表明:①在5个生育期内,RF1-12-5与其非转基因对照品种瑞丰1号(RF1)根际土壤碱性蛋白酶、脲酶和酸性转化酶活性均没有显著性差异;RF1-12-5根际土壤过氧化氢酶活性在收获期、碱性磷酸酶活性在乳熟期显著低于RF1,其他生育期差异不显著。②在5个生育期内,RF1-12-5与RF1根际土壤微生物群落的Shannon多样性指数、McIntosh均匀度指数和Simpson优势度指数均不存在显著性差异,主成分分析未发现RF1-12-5与RF1根际微生物功能多样性存在规律性差异。     

甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能多样性的影响

为探讨甘蔗间作玉米种植对甘蔗根际土壤微生物群落功能多样性的影响,在云南元江和陇川甘蔗种植区设置甘蔗间作玉米和单作甘蔗田间小区试验,采用Biolog技术研究了甘蔗间作玉米对甘蔗根际微生物代谢功能的影响。结果表明:陇川试验点甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高7.08%、11.25%、63.16%、1.31%和2.26%;元江试验点,甘蔗间作玉米田土壤微生物代谢功能多样性指数Shannon多样性指数、Simpson指数、Mc Intosh指数、Shannon均匀度指数和Mc Intosh均匀度指数分别比甘蔗单作田提高10.58%、48.40%、43.42%、0.20%和1.65%。由此表明甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际土壤微生物的多样性。甘蔗间作玉米种植提高了甘蔗根际微生物对碳源的利用率,且元江甘蔗根际土壤微生物对碳源的利用效率低于陇川。与单作甘蔗相比,元江试验点间作甘蔗根际碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、胺类、羧酸类和酚酸类利用率分别提高141.71%、50.53%、62.38%、92.82%、43.21%和6.30%,陇川试验点分别提高42.90%、51.50%、33.30%、42.64%、16.72%和24.47%。其中,两个试验区间作田甘蔗根际土壤微生物对碳源D-纤维二糖、D,L-a-甘油、D-半乳糖-γ-内酯、L-丝氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸和2-羟苯甲酸的利用率比单作显著提高100%以上。通过主成分分析,发现甘蔗与玉米间作改变了甘蔗根际微生物的群落组成及其代谢功能,且碳水化合物类、羧酸类和氨基酸这3类碳源是区分甘蔗单作和间作处理间差异的敏感碳源。陇川试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括2种多聚化合物、6种碳水化合物、2种羧酸类化合物、4种氨基酸和1种酚酸;元江试验点,对土壤微生物代谢功能影响较大的碳源主要包括1种多聚化合物、5种碳水化合物、3种羧酸类化合物、4种氨基酸和2种胺类化合物。综上所述,宿根甘蔗间作玉米提高了甘蔗根际微生物群落的多样性,增加了根际微生物的活性,改变了微生物群落的代谢功能。研究结果可为作物间作对土壤微生物多样性分析及增产机理研究提供新的思路和理论基础。     

北方农牧交错带林地、耕地和草地土壤微生物群落结构特征的PLFA分析

从内蒙古武川县采集了林地、雨养耕地、灌溉耕地和草地等4个不同利用方式的土壤,研究了土壤微生物磷酯脂肪酸的分布特征。结果表明,土壤总脂肪酸含量19.82~47.28ngg-1,以指示G-细菌的单烯脂肪酸和指示G+细菌的支链脂肪酸为主,其含量分别占脂肪酸总量的29%~37%和15%~20%,灌溉耕地和草地土壤明显高于林地和雨养耕地土壤,差异最大接近3倍。主成分分析表明,第一主成分(PC1)主要包括14∶03OH、cy19∶0、12∶0、br17∶0和18∶2ω9,12等直链及支链脂肪酸;第二主成分(PC2)包括16∶0、16∶1ω11、18∶1ω9、19∶0和a15∶0等不饱和及支链脂肪酸;灌溉耕地、雨养耕地、草地土壤有相似的微生物群落结构,与林地土壤有明显差异。