棉花根际土壤古菌实时荧光定量PCR技术的建立及时空分布特征

【目的】建立快速检测新疆棉花不同生育期、不同地区的根际土壤古菌的数量的实时荧光定量PCR技术,并分析时空分布特征。【方法】运用Taq Man探针根据古菌16S rRNA基因特异性引物对棉花总DNA进行扩增,纯化实时荧光定量PCR产物得到基因序列进行MiSeq测序并构建标准曲线,分析不同生育期及不同地区的棉花根际土壤古菌数量的动态变化以及群落丰度比较。【结果】阿拉尔地区棉花黄萎病病株根际土壤古菌的数量在4个生育时期呈现下降趋势,在棉花吐絮期降至最低1.11×104copies/g(FRW);哈密、石河子、图木舒克和乌苏土壤古菌数量从棉花苗期到花铃期逐渐减少,在吐絮期升高达到最大,其中哈密吐絮期古菌数量最高达1.75×106copies/g(FRW);精河和库尔勒棉花根际土壤古菌数量波动明显,呈现先升后降再升趋势,在吐絮期最大。对检测棉花根际古菌群落进行丰度比较Soil_Crenarchaeotic_Group_SCG Thermoplasmata Unclassified_p_Thaumarchaeota Marine_Group_I Unclassified_k_norank_d_Archaea Halobacteria others。SCG纲在不同生育时期和地区均占绝对优势,蕾期为79.94%,哈密为88.84%。【结论】运用Taq Man探针法检测到古菌数量。在不同生育时期棉花病株根际土壤古菌数量较高,其中吐絮期棉花根际土壤古菌数量最高;在不同植棉地区,哈密棉花根际土壤古菌数量最高。不同生育时期和地区的棉花根际土壤古菌群落组成及丰度差异显著,地区土壤环境差别很大。     

新疆棉花根际细菌TaqMan探针实时荧光定量 PCR的建立及时空动态分析

【目的】 建立快速检测棉花根际细菌的TaqMan探针实时荧光定量PCR,对新疆棉花不同生育时期根际细菌数量进行检测以及时空动态分析。【方法】 根据棉花根际细菌16S rDNA基因序列,设计、合成特异性引物和TagMan探针,以构建的重组质粒作为阳性标准品,建立标准曲线,并对实际样品进行检测。【结果】 新疆棉花不同生育时期根际细菌数量变化不尽相同:库尔勒、阿拉尔和哈密的棉花根际细菌数量变化趋势在苗期至花期之间相同,而花期至絮期之间变化各不相同;石河子、乌苏和图木舒克的棉花在整个生育时期内根际细菌数量变化趋势基本相同;精河的棉花根际细菌从苗期开始缓慢增加,蕾期至花期之间变化不大,花期之后快速增加。新疆不同采样地点棉花根际细菌数量变化也不尽相同:根际细菌数量变化趋势是东疆、南疆、北疆依次减少。其中,棉花根际细菌数量最多的是东疆地区的哈密,吐絮期达到1.7×10⁷ copies/g(FRW),最少的是北疆地区的精河,苗期仅为8.5×10⁴ copies/g(FRW)。【结论】 建立的TaqMan探针实时荧光定量PCR方法可以快速检测棉花根际细菌的数量,新疆棉花根际细菌数量在时间和空间上变化不尽相同,其中,根际细菌数量最多的是哈密的吐絮期,最少的是精河的苗期。     

新疆黄萎病棉株内生细菌定量及其季节空间变化规律

【目的】本文研究了新疆棉花内生细菌定量在季节及空间上的变化规律,建立了棉花内生细菌的荧光定量PCR检测方法。【方法】利用内生细菌16S rDNA基因特异引物对新疆不同季节及空间的棉花总DNA进行扩增,随后将PCR产物纯化,得到内生细菌的部分16S rDNA序列(长度为370 bp)。以含该序列的重组质粒为标准品,建立标准曲线,并对新疆棉花不同季节和不同空间内生细菌定量。【结果】7个地区的苗期、蕾期、花期、吐絮期内生细菌数量呈现先增加再减小再增加再减小的规律。苗期精河达到最低值,平均值为2.32×10~7copies/g(FRW),蕾期图木舒克平均值最高,达1.35×10~8copies/g(FRW),花期石河子最低,平均值达1.267348×10~7copies/g(FRW),吐絮期库尔勒平均值最高,达2.31×10~8copies/g(FRW)。内生细菌数量在空间上整体为东疆最高,南疆相对较高,北疆最少。东疆哈密苗期最高,平均达3.96×10~8copies/g(FRW),南疆库尔勒吐絮期次之,平均达2.31×10~8copies/g(FRW)。【结论】棉花内生细菌的数量在不同的季节和空间存在差异,整体变化趋势明显。     

棉花与几种作物根际土壤酶活性及细菌多样性分析

【目的】 研究种植不同抗病性棉花以及不同经济作物对根际土壤酶活性以及细菌多样性影响,为棉田土壤微生态调控技术提供依据。【方法】 利用土壤酶检测试剂盒及高通量测序技术,检测分析不同抗病性棉花及种作物根际土壤酶活性及细菌多样性。【结果】 不同抗病性棉花根际土壤过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶活性均没有显著差异,5与7月2个采样时期之间无显著差异;棉花与水稻间作处理过氧化氢酶、脱氢酶和脲酶分别较棉花单作升高3.84%、28.7%、45.2%,水稻处理较棉花单作升高8.87%、102.4%、80.4%,间作对土壤酶活性表现出提升作用,但未达到显著水平;苜蓿、大豆、花生3种豆科作物根际土壤酶活性普遍高于甜菜、番茄和玉米,但是未达到显著差异。耐病品种新陆中66号与感病品种军棉1号根际土壤的细菌OTU数量和α多样性指数均无显著差异。大豆、花生、苜蓿3种豆科作物根际土壤细菌的OTU数量和Ace、Chao1指数均高于棉花,番茄、玉米、甜菜3种作物根际土壤细菌OTU数量和α多样性指数均低于棉花,其中大豆的增幅较大,甜菜降幅较大,但是不同作物之间未达到显著性差异。【结论】 单季生育期内,种植不同抗病性棉花品种和不同作物、棉花-水稻间作等均未对根际土壤酶活性、细菌数量和多样性造成显著影响,棉花与不同作物搭配、间作等模式改变棉田土壤的微生态环境可能需要较长的生长周期。     

施用棉秆炭连作棉花根际土壤真菌多样性与土壤理化性质及黄萎病的相关性

【目的】研究施用棉秆炭,连作棉花根际土壤真菌群落多样性与土壤理化性质及黄萎病病害的关系,为棉秆的合理利用和防治棉花连作障碍提供科学依据和理论指导。【方法】以棉秆移除(NPK)和棉秆还田(NPKS)为对照,采用常规分析和454高通量测序技术,研究棉秆移除基础上施用常量棉秆炭(22.50 t/hm²,NPKB1)和增量棉秆炭(45.00 t/hm²,NPKB2)条件下,新疆棉花根际土壤真菌群落多样性、理化性质和黄萎病病害发生的相关性。【结果】施用棉秆炭连作棉花根际土壤真菌多样性和理化性质有显著相关性。经过2年的2%棉秆炭的施用显著降低了真菌多样性。真菌NPKS和NPKB2处理OTU丰度分别显著降低了15.63%和46.25%(P<0.05),Shannon多样性指数分别显著降低了11.81%和65.40%。不同用量棉秆炭对子囊菌门和接合菌门真菌数量的影响较大,但菌根真菌数量降低。NPKB2处理土壤中Gibberella、Fusarium和Verticillium等病原真菌数量较NPK处理显著降低。施用棉秆炭显著增加了棉花根际土壤中有机质、速效钾和速效氮的含量,而速效磷的含量则降低;对pH的影响不显著,但显著提高了土壤的电导率。RDA分析中,土壤有机质和速效氮是影响棉花根际土壤真菌群落结构的重要环境因素。与NPK处理和NPKS处理相比,NPKB1处理增加了黄萎病病害发病率和病情指数,NPKB2处理黄萎病病害发病率下降不显著,病情指数分别降低了2.2%和15.0%。Verticillium数量与黄萎病发病率和病情指数呈极显著正相关。施用棉秆炭降低了棉花黄萎病病原菌数量,与NPK处理相比,增量棉秆炭Verticillium数量显著降低了63.83%。与NPK处理和NPKS处理相比,NPKB1处理增加了黄萎病病害发病率和病情指数,NPKB2处理黄萎病病害发病率下降不显著,病情指数分别降低了2.2%和15.0%。【结论】施用棉秆炭降低了连作棉花根际土壤真菌多样性,减少了黄萎病病原菌数量,增加了连作棉花根际土壤养分含量。虽然没有显著降低棉花黄萎病发病率,但有缓解病害发病程度的趋势。     

马铃薯健株与黄萎病株根际土壤真菌群落结构及其对碳源利用特征

【目的】通过研究马铃薯健康植株与黄萎病株的根际土壤真菌群落结构与功能多样性的差异,明确土壤真菌群落结构与黄萎病发生之间的关系,为最终从微生物生态学的角度解释马铃薯黄萎病的发生原因及其生态防控提供理论依据。【方法】以河北省坝上地区马铃薯健株与黄萎病株的根际土壤为研究对象,分别利用实时荧光定量PCR(real-time PCR)和高通量测序(Illumina MiSeq)技术检测根际土壤中大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)ITS基因拷贝数量并分析真菌群落结构变化,结合冗余分析(RDA)明确真菌群落结构与土壤养分的相关性。同时利用Biolog-ECO平板法比较健株与黄萎病株根际土壤微生物对碳源的利用能力。【结果】马铃薯黄萎病的发生与土壤中大丽轮枝菌ITS基因拷贝数量存在相关性,在病株根际土壤中病原菌数量高,而在健株根际土壤中未检测到病原菌。高通量测序分析表明,病株根际土壤真菌多样性指数低于健康植株,但多样性差异不显著。在群落组成的门水平上,与健株根际土壤相比,病株根际土壤中的子囊菌门(Ascomycota)和丝孢菌门(Mortierellomycota)相对丰度上升幅度分...     

新疆棉花黄萎病发病株根际土壤微生物生态特征

在新疆石河子垦区采集3组棉花健康植株与黄萎病发病植株根际土样,研究其微生物数量、土壤养分、土壤酶等微生物生态特征与棉花黄萎病发病之间关系.结果表明:①发病株根际土壤微生物总量均大于健康株根际土壤微生物总量,且微生物总数和细菌数量与土壤有机质呈显著正相关;②发病株根际土壤真菌数量均大于健康株;③健康株和发病株根际土壤养分和土壤酶活性的变化没有明显规律性.研究表明棉花黄萎病病株根际土壤微生物群落结构的变化,特别是真菌数量的大幅度增加,是棉花黄萎病发病最明显的特征.     

基于PCR检测的4种土传病害病原菌侵染棉花的动态分析

【目的】立枯病、红腐病、枯萎病和黄萎病是新疆棉花上的4种主要土传病害,研究4种病害的病原菌在新疆棉花上的侵染动态,分析各自的侵染始期和最佳防治时期,为病害高效防控提供依据。【方法】针对4种主要病害的病原菌,对混合接菌后分期采集的棉株进行特异性引物PCR检测,依据检测结果,进行各病原菌侵染动态分析及混合侵染分析。【结果】4种病原菌从棉花子叶期即能侵染;立枯丝核菌侵染相对较早、较快,拟轮枝镰孢霉次之;2种病原菌均在棉苗前期有较高的侵染株率,3叶期达到高峰,此后侵染株率逐渐降低;而尖孢镰孢霉和大丽轮枝菌,虽从子叶期开始即可侵染,但侵染株率较低,直到蕾铃期侵染株率呈渐增趋势;病原菌之间的混合侵染普遍存在,以两菌混合侵染居多。【结论】子叶期为4种病原菌的侵染初期;立枯丝核菌和拟轮枝镰孢霉以苗期侵染为特点;尖孢镰孢霉和大丽轮枝菌以子叶期到蕾铃期均可侵染为特点;病原菌之间常有混合侵染发生。     

减施氮肥运筹对棉花冠层光合有效辐射及产量的影响

【目的】 通过减施氮肥运筹调控棉花生育期获得的光合有效辐射(PAR),分析各生育时期棉花APAR和FAPAR与产量的关系,提高棉花群体绿色光能利用率和产量。【方法】 5个施氮处理施基肥量一致,对不同处理的追氮肥量进行按比例减施,并监测各生育时期棉花群体光合有效辐射。【结果】 5个施氮处理的棉花APAR和FAPAR在生育期的变化规律相似,其值从蕾期逐渐上升,至盛花期和花铃期达到较高水平,随后逐渐降低,至吐絮期降到最低水平;按高低排列依次是N₁＞N₂＞N₃＞N₄＞N₅,并且棉花的APAR和FAPAR与籽棉产量存在极显著的正相关性。【结论】 减施氮肥运筹对棉花APAR和FAPAR的动态变化产生重要影响,可以利用其在生育期的变化特征来优化棉花群体冠层结构和提高产量。     

不同种植地苜蓿根际土壤细菌群落结构多样性差异分析

【目的】研究新疆北部不同种植地苜蓿根际细菌群落结构多样性与生态功能,分析土壤酶活性对苜蓿根际细菌群落结构的影响,为新疆苜蓿土壤微生物的分布特征提供基础数据。【方法】使用高通量测序技术对新疆北部不同种植地苜蓿根际与非根际土壤细菌群落结构多样性进行研究,比较根际与非根际土壤细菌群落结构多样性差异及与土壤酶活性之间的关系;利用Tax4Fun功能预测获得相应样地的细菌群落的生态功能。【结果】新疆北部不同种植地苜蓿根际土壤酶活性大体表现为根际大于非根际,根际微生物在提高土壤酶活性中具有重要指示作用。Alpha多样性指数与土壤中性磷酸酶之间呈显著正相关性(P<0.05)而与其他土壤酶活性之间无显著性关系,细菌群落结构特征与土壤中性磷酸酶含量具有很强的相关性。利用高通量测序技术对苜蓿根际、非根际土壤中微生物进行测序,所有2581720条序列分属于细菌的51个门、64个纲、137目、252科和600属;所有土壤样品中在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)丰度最高;在属水平上其中12个土样类型共同拥有的有190个属。 Tax4Fun基于SILVA数据库进行基因功能预测,苜蓿根际细菌群落所涵盖的一级功能基因为:环境信息处理(Environmental_Information_Processing)、未分类(Unclassified)、生物体系统(Organismal_Systems)、人类疾病(Human_Diseases)、新陈代谢(Metabolism)、遗传信息处理(Genetic_Information_Processing)、细胞过程(Cellular_Processes)。【结论】新疆北部不同种植地苜蓿根际土壤细菌多样性改变与土壤中性磷酸酶含量有关,根际与非根际及不同种植地之间,微生物群落组成相似,但物种多样性、细菌的生态功能存在一定差异。     

不同因素影响下棉田土壤中大丽轮枝菌微菌核的数量特征

[目的]土壤中大丽轮枝菌的微菌核是棉花黄萎病发生的关键因子,研究外界因素对土壤中微菌核数量的影响特征,为棉花黄萎病的防治提供参考意义.[方法]利用选择性分离培养与荧光定量PCR技术,检测采自新疆棉花黄萎病田内不同处理组土壤中的微菌核,并结合室内盆栽试验进行验证.[结果]大丽轮枝菌微菌核在棉田土壤中呈聚集分布,不同抗病性...     

黄萎病不同发生程度棉田土壤中的真菌群落特征分析

目的 真菌是土壤微生物系统的重要组成部分,对土壤环境变化有明显的指示作用。本研究对黄萎病不同发生程度棉田土壤中的真菌群落特征进行分析,旨在探明大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）入侵棉田对土壤中真菌多样性和群落结构的影响,揭示土壤中真菌群落在棉花黄萎病发生过程中的生态作用。方法 以阿克苏、石河子不同发病程度棉田和库尔勒人工接菌棉田为研究对象,从中采集6个土壤样品：阿克苏重病田土壤（AD）、阿克苏对照田土壤（ACK）、石河子重病田土壤（SD）、石河子对照田土壤（SCK）、库尔勒重病田土壤（KD）、库尔勒对照田土壤（KCK）。采用Illumina Hiseq高通量测序技术,研究土壤中真菌的多样性及群落结构,结合冗余分析（RDA）明确真菌群落结构与土壤养分的相关性。结果 在97%相似度水平下,AD和SD样品中真菌的OTU数量、Chao1和Ace丰富度指数均分别高于其对照ACK、SCK,而Simpson指数均分别低于其对照;人工接菌的KD与其对照KCK样品之间OTU数量、Chao1和Ace丰富度指数以及Simpson指数均无显著差异。NMDS分析表明,AD、SD土壤样品首先表现为明显的空间趋向性,之后表现为时间趋向性,而库尔勒土壤样品则首先表现为时间趋向性,其次是空间趋向性。群落组成方面,在门水平上,土壤中Ascomycota的丰度占绝对优势,其次为Basidiomycota和Mortierellomycota,3个门在KD与KCK样品之间以及SD与SCK样品之间的丰度差异较小,而在AD和ACK样品之间丰度差异较大;在属水平上,Sporobolomyces的丰度最高,其与Mortierella在不同区域重病田土壤中丰度均高于对照,而Wardomyces均低于对照。此外,AD样品中Pyrenochaetopsis、Microdochium、Fusarium的丰度均低于ACK,而此3个属在SD样品中的丰度均高于SCK样品。组间差异显著分析表明,库尔勒、石河子土壤中的显著差异标记均主要富集于重病田中,而阿克苏土壤中显著差异标记主要富集于无病田中。相关性分析表明,土壤中有机质、全氮量与真菌的OTU数量、丰度呈显著正相关,与Simpson指数的相关性低;pH、全磷和全钾与Simpson指数明显正相关,总盐与Simpson指数明显负相关。RDA分析表明,土壤中的真菌群落与有机质、全氮、总盐明显相关。结论 自然重病棉田土壤中真菌的OTU数量、丰度均高于轻病或无病田,而真菌的多样性低。人工接种大丽轮枝菌短期内未对土壤中真菌的丰度、多样性和群落结构造成明显影响。土壤中真菌的多样性、丰度和组成受有机质、全氮、含盐量等指标影响显著。采样时期对土壤中真菌群落结构同样有明显影响。     

不同表面灭菌对棉花茎秆内黄萎病菌分离效果的比较

【目的】 筛选一套标准的表面灭菌分离获得棉秆内黄萎病病原菌方法。【方法】 研究4种抑制材料内细菌生长的PDA选择性培养基中最低抗生素含量,评价四种不同方法对材料表面灭菌(75%乙醇、5%次氯酸钠、0.1%升汞和75%乙醇+5%次氯酸钠)效果。【结果】 含混合抗生素(链霉素:氯霉素:青霉素m/m,1∶1∶1)的PDA培养基抑制细菌最低浓度为500 mg/L;新鲜棉秆材料和轻度腐败棉秆表面灭菌的最佳条件为75%乙醇处理4 min,重度腐败棉秆表面灭菌条件为75%乙醇+5%NaClO处理5 min。【结论】 即新鲜棉秆材料和轻度腐败棉秆材料表面灭菌的最佳条件为75%乙醇处理4 min,重度腐败棉秆表面灭菌条件为75%乙醇+5%NaClO处理5 min。选择合适的灭菌材料和时间是分离棉花茎杆内黄萎病菌的关键。     

棉蚜茧蜂对不同品种、不同生育期棉花的趋性行为反应

【目的】研究棉蚜茧蜂对不同品种、不同生育期棉花的趋性行为反应,为了解天敌昆虫与寄主之间关系,利用棉蚜茧蜂对棉蚜等害虫进行防控。【方法】以生产上大面积种植的GK-12(对照为泗棉3号)、新棉33B(亲本为新棉33)和SGK321(亲本为石远321)等3组棉花品种为材料,于棉花7叶期、现蕾前期和现蕾期,设计无虫棉植株、被棉蚜为害后剔除虫体的植株以及棉蚜+有虫株等3种不同处理,借助“Y”型嗅觉仪,检测棉蚜茧蜂在棉花不同生育期对这3种不同处理的趋性。【结果】棉蚜茧蜂无法识别健康的常规棉和转基因棉花植株;对不含棉蚜的被害棉来说,转基因棉对棉蚜茧蜂更具吸引力。而对含有棉蚜的有害棉来说,除7叶期GK12、新棉33B和现蕾期GK12这3组处理外,其他各组的转基因棉对棉蚜茧蜂均具较强的吸引作用。【结论】两类不同的棉花品种对棉蚜茧蜂不存在排斥性,棉蚜为害转基因棉花后更能吸引棉蚜茧蜂。     

基于数字图像棉花黄萎病诊断与防治的管理远程监测

【目的】获得病害的典型病害植被指数特征及其病害防治管理,为诊断和防治棉花黄萎病提供有效工具,为病害监测模型和防治管理提供决策支撑。研究冠层图像RGB至HIS空间的变换与典型病害植被指数的关系,通过Relief-F算法获得棉花黄萎病症状变化敏感的特征,构建病害监测模型。【方法】采集与结构、叶绿素相关的植被指数与棉花黄萎病症状特征的数字图像,与病害植被指数和病害严重度等级的识别有较好的对数关系。获得病害症状特征变化的典型谱段,构建棉花黄萎病病情指数,建立病害病情监测模型。【结果】获得与棉花叶片结构、叶绿素相关的植被指数和棉花黄萎病症状特征的数字图像,与不同严重度病害植被指数和病害严重度等级的诊断具有对数关系。提取棉花黄萎病症状特征变化的典型谱段,构建病害监测模型,建立防控棉花黄萎病数据的安全架构。【结论】实现获取棉花黄萎病病害的发病情况的监测和病害防控管理,为棉花黄萎病大面积精准监测和防控提供新的思路。     

生防菌在棉田土壤中定殖数量与防病作用相关性

【目的】研究拮抗菌施入棉田土壤后生防菌的数量变化和棉花黄萎病的发病情况,分析生防菌的定殖与防病的相互关系,为生防细菌在棉花黄萎病的防治应用提供理论依据。【方法】选择4株棉花内生和根际拮抗菌Bacillus atrophaeus SHZ-24、Bacillus vanillea SMT-24、Bacillu subtilis SHT-15和Bacillus velezensis BHZ-29进行盆栽试验,使用平板计数和实时荧光定量分析细菌和病原菌。【结果】4株拮抗细菌在土壤中数量变化趋势相同,50 d时的存活量从高到低分别为SHZ-24、BHZ-29、SMT-24、SHT-15,4株拮抗细菌处理均可降低棉苗的病情指数。【结论】BHZ-29的防病效果较好。4株拮抗细菌在土壤中的定殖数量与防病效果呈显著正相关。     

化肥减量有机替代对新疆滴灌棉花产量及土壤养分的影响

【目的】 研究新疆滴灌棉花合理的化肥减施量和有机肥替代量,为棉花优质高产、产业可持续发展提供理论支撑。【方法】 采用田间小区滴灌栽培试验, 化肥减量微生物菌剂替代对新疆滴灌棉花产量及其构成因素与土壤养分的影响。【结果】 与习惯施肥(CF)相比, 优化施肥减氮30%增施微生物菌剂(OPT+M-N30%) 处理的棉花籽棉产量、皮棉产量、单铃数及衣分有不同程度的提高, 其中棉花单铃数和籽棉产量分别提高16.42%, 5.09%。且OPT+M-N30%处理的土壤有机质、全氮及碱解氮含量均高于其余施肥处理, 较农民常规施肥增加了7.74%、5.97%、1.70%。【结论】 优化施肥减氮30%增施微生物菌剂处理有利于提高棉花产量和土壤养分含量,表现较好的经济效益。     

盐穗木叶片及根际土壤微生物群落高通量分析

[目的]研究新疆盐碱环境中,极端耐盐植物盐穗木的根际土壤及叶片内生微生物群落组成和结构,为利用根际促生细菌制作生物菌肥提供科学依据.[方法]应用16S rDNA和ITS高通量测序技术,测定分析盐穗木根际土壤与叶片内生微生物群落结构及多样性.[结果]在门水平上根际土壤细菌群落中的优势菌门为放线菌门(Actinobacte...