丛枝菌根真菌提高感染青枯菌番茄根际土壤细菌群落多样性和稳定性及有益菌属相对丰度

  【目的】  青枯病是由茄科雷尔氏菌 (Ralstonia solanacearum, 亦称青枯菌) 诱导产生的一种高温高湿型土传病害,土壤温度高、湿度大时易于青枯菌的繁殖进而引发青枯病。丛枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhiza, AM) 可能通过调控根际微生物区系对病原体产生影响,我们研究了AM真菌对青枯菌入侵条件下土壤细菌群落的影响。  【方法】  以番茄 (Solanum lycopersicum) 为试材进行盆栽试验,供试AM真菌为摩西管柄囊霉 (Funneliformis mosseae) M47V,供试病原菌为茄科雷尔氏菌QL-RS 1115 (GenBank:GU390462)。催芽5日的番茄种子,接种AM菌剂的为菌根苗,未接种AM真菌的为非菌根苗。在番茄幼苗生长30天时,一半菌根苗和非菌根苗接种青枯菌,另一半不接种青枯菌,共4个处理。在接种青枯菌后1天和14天,采集番茄样品,采用抖土方法采集根际土壤,利用实时荧光PCR分析番茄根际青枯菌数量,采用16S rRNA高通量测序探究土壤细菌群落多样性和结构稳定性。  【结果】  在接种青枯菌初期 (1天),非菌根苗接种青枯菌 (TR–AMF) 和菌根苗接种青枯菌 (TR+AMF) 两组处理的根际土壤细菌群落结构发生明显改变,Chao1指数、Shannon指数和Simpson指数显著降低 (P<0.05),共现网络的节点数和连接数明显减少,模块化程度降低,共现网络简化表明细菌群落结构的稳定性降低。接种青枯菌14天后,不动杆菌属 (Acinetobacter)、鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)、溶杆菌属 (Lysobacter)、假单胞菌属 (Pseudomonas) 等有益细菌属在感染青枯菌的番茄根际富集,细菌共现网络的节点数和连接数增加,模块化程度提高,表明细菌群落稳定性得到恢复。与非菌根苗相比,菌根苗接种青枯菌 (TR+AMF) 和菌根苗未接种青枯菌 (TN+AMF) 两个处理番茄根际土壤中青枯菌丰度显著降低 (P<0.05)。AM真菌显著提高Chao1指数和Shannon指数 (P<0.05),提高了感染青枯菌番茄根际土壤中黄杆菌属(Flavobacterium)、黄色土源菌属 (Flavisolibacter)、噬胞菌属 (Cytophaga) 和苔藓杆菌属 (Bryobacter) 的相对丰度,同时增加了共现网络的节点数和连接数,并促进番茄根际细菌物种之间的良性互作,提高细菌网络的复杂程度。  【结论】  感染青枯菌的番茄根际会富集不动杆菌属 (Acinetobacter)、鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)、溶杆菌属 (Lysobacter)、假单胞菌属 (Pseudomonas) 等有益菌属以提高其抗病性,恢复细菌多样性和群落稳定性。接种AM真菌可显著降低番茄根际土壤中青枯菌的丰度,特别是侵染青枯菌后提高番茄根际的黄杆菌属 (Flavobacterium)、黄色土源菌属 (Flavisolibacter) 、噬胞菌属 (Cytophaga) 和苔藓杆菌属 (Bryobacter)的相对丰度,进而抑制土壤中青枯菌的生长,并通过提高细菌的多样性和丰富度,促进番茄根际细菌物种之间的稳定共生和良性互作,从而提高细菌群落对青枯菌的抵抗能力。     

矿物调理剂对丘陵红壤天目小香薯产量和酶生态化学计量特征的影响

【目的】采用田间小区试验研究施用矿物调理剂对天目小香薯Ipomoea batatas产量、土壤微生物生物量、酶活性及生态化学计量特征的短期影响,探明影响土壤微生物养分限制的主要因素,为改善南方丘陵红壤肥力提供理论依据。【方法】设置空白对照(ck),以白云石、钾长石为主要原料制备的矿物调理剂3 (W1)和6 t·hm^-2(W2) 2个处理。于天目小香薯收获期测定产量和地上部生物量、土壤化学性质及碳、氮、磷循环相关酶活性。【结果】与ck相比,矿物调理剂显著降低了土壤交换性酸(P<0.05),且W2处理显著提高了土壤pH、碱解氮和有效磷质量分数(P<0.05),但对天目小香薯产量无显著影响。相比ck,W1处理显著提高了土壤微生物生物量氮(MBN)质量分数91.1%(P<0.05),W2处理提高了微生物生物量碳(MBC)质量分数67.1%(P<0.05),且两者均显著提高了微生物生物量氮磷比(MBN/MBP)(P<0.05),分别提高了148.2%和131.8%。相比ck,W1和W2处理均显著降低了酸性磷酸酶活性(P<0.05),分别降...     

评价芽孢杆菌脂肽产量及底物碳利用效率的新方法

芽孢杆菌Bacillus代谢产生的脂肽类物质具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性,但芽孢杆菌脂肽产量普遍较低。探索高产量的培养条件是开发利用的重点,而简单快速的产量评价方法则可大大提高条件探索的效率。以解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens WK1为试验菌株,首先通过含发酵液培养基对病原菌的抑制实验确定最佳培养时间,然后设计初始pH值分别为5,6和7的培养基生产脂肽物质,通过测定发酵液酸沉降前后总有机碳的差值,推算脂肽类物质粗提物的产量（差减法）,以传统的重量法为对照。结果表明:试验所用的解淀粉芽孢杆菌WK1菌株的最佳发酵时间为72 h。重量法与差减法所测得的不同处理脂肽物质产量差异规律相同,从高到低依次为pH 6,pH 7,pH 5,两者的相关性系数为0.563 2（n=9）,但相同初始pH值条件下差减法所得的脂肽物质产量均高于重量法。初始pH值为5条件下脂肽物质合成效率和二氧化碳排放量均最低,初始pH值为6与pH值为7条件下二氧化碳排放量相同,为700 mg·kg-1,但初始pH值为6条件下产脂肽物质产量（1 228 mg·L-1）和脂肽物质合成效率（234 mg·kg-1）最高。可见,差减法是评价脂肽产量的简单快速而有效的方法。     

不同类型菌根对土壤碳循环的影响差异研究进展

菌根是陆地生态系统植物与土壤间物质相互转移的桥梁,通过影响凋落物分解、土壤团聚作用、根系分泌物等作用于土壤碳循环过程。不同类型菌根存在生理功能差异,其中外生菌根(ectomycorrhiza, ECM)和丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)是目前已知分布最广泛的菌根类型。已有研究表明:不同类型菌根通过宿主光合产物的分配影响土壤有机碳输入;通过代谢产物及缠绕作用的差异影响土壤有机碳稳定;通过调控凋落物分解特征及菌根真菌和微生物相互作用影响土壤有机碳矿化过程。为了深入了解ECM和AM影响土壤碳循环过程及其关键调控因素,本研究主要从4个方面综述了不同类型菌根对土壤碳循环的影响并深入探讨其中的影响机制:不同菌根宿主向菌根提供碳源和凋落物数量等光合产物分配过程差异;不同菌根的碳汇功能及对土壤团聚体形成的影响;不同优势菌根生态系统中凋落物分解、激发效应、土壤呼吸等土壤有机碳矿化过程差异;不同优势菌根生态系统中土壤有机碳积累能力及相应的微生物群落差异。最后展望了今后的研究方向,旨在为“碳中和”背景下如何依托菌根提升生态系统碳汇功能提供理论依据。图2参94     

生物质炭对长期铅镉复合污染土壤微生物群落丰度及活性的影响

采集3种不同程度(低、中、高)铅(Pb)和镉(Cd)长期复合污染农田土壤进行90 d盆栽试验,研究了2%和4%(炭/土质量比)生物质炭施用对土壤养分、重金属含量、土壤微生物丰度和活性的影响,旨在探明生物质炭对长期重金属污染抑制土壤微生物活性的缓解作用。结果表明:相比低水平铅镉污染土壤,长期中、高水平铅镉污染显著降低了土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFA)总量(降幅分别为14%和24%)、革兰氏阴性细菌数量(34%和47%)和真菌数量(56%和57%),提高了细菌胁迫指数(增幅分别为178%和163%)和土壤基础呼吸(51%和73%),且微生物活性受重金属抑制作用随污染程度提高而加剧;相反,生物质炭添加使3种污染土壤可提取态铅和镉的含量分别降低了65%~71%和28%~52%,显著提高了土壤革兰氏阳性(平均14%)和阴性细菌(30%)、真菌数量(32%)、脱氢酶活性(426%)和底物诱导呼吸速率(99%),降低了细菌胁迫指数(20%)。铅镉污染和生物质炭处理均改变了土壤微生物群落结构,且两者具有显著的交互效应。冗余分析表明,土壤铅、镉总量和可提取态含量是影响土壤微生物群落结构变异的主导因素。可提取态铅和镉的含量与微生物丰度呈显著负相关,而土壤pH、有机碳和全氮含量与微生物丰度呈显著正相关。研究表明,生物质炭施用可减轻重金属污染对土壤微生物活性的胁迫作用,促进微生物生长及其潜在的养分周转功能。     

3种竹子内生固氮菌特征及多样性

  目的  了解不同竹子内生固氮菌及其定殖土壤根区固氮菌的特征和生物多样性。  方法  以毛竹Phylloslachys edulis、狭叶青苦竹Pleioblastus chino、孝顺竹Bambusa multiplex叶部、根部及定植土壤为对象,设计nifH固氮基因引物,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和随机克隆技术,通过聚类分析、Shannon多样性指数分析构建系统发育树。  结果  不同竹子根区土壤之间、同一竹种根部与叶部之间、不同竹种同一器官之间、根区土壤与植物之间的固氮菌群落结构差异明显,同一竹种叶部或根部的重复样品相似度均不高;根部内生固氮菌种类总体多于叶部,土壤固氮菌与根部内生固氮菌相似度高于叶部。不同竹种不同器官间固氮菌Shannon多样性指数差异显著,孝顺竹叶部(2.73)与土壤(2.70)大于根部(2.53)(P＜0.05),狭叶青苦竹根部和毛竹根部大于叶部和土壤(P＜0.05)。植物样品随机克隆测序对比得到83株固氮菌,仅12株为可培养固氮菌株,分别属于慢生根瘤菌属Bradyrhizobium、Dechlorosoma、固氮螺菌属Azospirillum、肠杆菌属Enterobacter、Kosakonia、变形杆菌属Gammaproteobacteria、红长菌属Rubrivivax和Azohydromonas。系统发育树结果表明:3种竹子内生固氮菌明显不同于其他植物。  结论  土壤环境、竹子种类及组织器官均能影响竹子内生固氮菌的结构特征和多样性,定殖于根部的内生固氮菌多样性显著高于叶部。3种竹子内生固氮菌种类与已报道的禾本科Gramineae植物差异显著。图4表4参30     

转基因抗虫棉对棉田土壤细菌数量及群落结构的影响

以转基因抗虫棉（GK12、33B）及其亲本对照（SM、5415）为材料,利用稀释平板法和基于rRNA基因PCR扩增的变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术研究了棉田土壤中细菌数量和群落结构在转基因棉种植第一年的动态变化。结果表明：棉田土壤细菌数量随棉花生育期逐渐增加,于花铃中期达到最大值,转基因棉与其亲本之间细菌数量差异不显著。放线菌数量随生育期变化较小,转基因棉与其亲本之间在花铃中期出现显著差异。DGGE结果显示,转基因棉和亲本都存在丰富且相似的条带,聚类分析表明大多数转基因棉和亲本间条带相似性达80%以上,根据不同的生理期分成2个簇;主成分分析表明转基因棉和亲本细菌群落结构没有显著差异,但在不同生育期存在一定差异,表明生育期是影响细菌群落结构的主要因素,与聚类分析结果相吻合。研究结果初步说明转基因棉对棉田土壤细菌数量和群落结构没有显著影响。     

临安区山核桃林地土壤水解酶活性空间分布特征及土壤肥力评价

  目的  探索山核桃Carya cathayensis产区土壤水解酶活性空间分布特征和土壤肥力状况。  方法  在浙江省杭州市临安区山核桃主产区选取了259个样地,测定了土壤α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、木糖苷酶(XYL)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(PHOS)等7种水解酶活性和主要的肥力指标,并运用主成分分析、地统计分析、相关性分析、冗余分析等方法,分析了临安区山核桃林地土壤中7种水解酶活性的空间异质性、影响因素以及土壤肥力状况。  结果  AG、BG、CBH、LAP、NAG、XYL、PHOS活性的块基比C₀/(C+C₀)分别为55%、42%、56%、49%、66%、47%、78%,全局莫兰指数(I_g)均大于0。土壤中碱解氮、有效磷、速效钾、有机质位于丰富等级的样地数分别占64%、56%、23%、45%,平均pH为5.76。58.7%的样地土壤肥力低于平均水平,仅32.7%的土壤肥力为Ⅰ、Ⅱ等级,大部分土壤肥力处于Ⅲ、Ⅳ等级 。  结论  7种土壤水解酶中,AG、BG、CBH、LAP、NAG、XYL具有中等空间自相关性,它们的变异情况受人为扰动和地形结构因素的共同影响。PHOS具有较弱的空间自相关,其活性空间分布主要受人为干扰的影响。7种水解酶活性均存在空间相关性,高低聚类情况相似。在岛石镇附近出现高值聚集,在清凉峰以及河桥、龙岗、昌化交界处附近出现低值聚集的情况,有机质、pH、碱解氮是影响水解酶活性高低值聚类的关键因素。土壤肥力指标分级和综合肥力得分结果表明:大部分林地土壤养分足以支撑山核桃林正常生长,但综合肥力还有待提高。图3表5参32     

毛竹入侵森林对固氮微生物群落结构和丰度的影响

【目的】 毛竹入侵能够对生态系统的各个方面产生影响,包括森林生态系统氮循环。生物固氮是森林生态系统氮循环的重要一环,研究毛竹入侵过程中土壤固氮微生物的变化,可为毛竹入侵对生态功能影响的评价提供理论依据。 【方法】 选取天目山自然保护区的三个毛竹入侵带 (青龙山、石门洞和进山门),分别在三个入侵带中沿毛竹入侵方向采集毛竹纯林、毛竹与原林混交林以及原林地的表层土壤,分析pH、有机碳、碱解氮、有效磷和速效钾等土壤化学性质,应用基于nifH功能基因的末端限制性片段长度多态性 (T-RFLP) 和荧光定量PCR (qPCR) 技术,分析土壤固氮微生物群落结构和丰度的变化。 【结果】 毛竹入侵后土壤化学性质呈现三种不同情况,在三个入侵带中总体上升的有pH、有机碳、碱解氮、有效磷,下降的为速效钾,而硝态氮的变化均不显著,总体上,土壤养分含量在毛竹入侵后有所上升。土壤固氮微生物的丰度随毛竹入侵过程降低,其中进山门入侵带的变化显著 (P < 0.05)。土壤固氮微生物T-RFLP的结果显示,48 bp在三个入侵带中均为优势片段;不同的T-RFs在毛竹入侵过程中变化各异,有的片段在毛竹入侵后消失,有的片段在毛竹入侵后出现,有的片段变化不显著。土壤固氮微生物群落的Shannon指数和均匀度指数随毛竹入侵降低,Simpson指数相反,这些指标只在石门洞入侵带的不同林分之间存在显著差异 ( P < 0.05);多响应置换过程分析 (MRPP) 显示,石门洞和进山门入侵带毛竹入侵前后土壤固氮微生物群落结构有显著变化 ( P < 0.05);冗余分析 (RDA) 结果表明,土壤性质对固氮微生物群落变化的解释率普遍较低 (低于30%),三个入侵带显著影响土壤固氮微生物群落变化的土壤化学性质各不相同,并且三个入侵带的样点在RDA坐标图中分布格局并不统一。 【结论】 即使同一自然保护区的三个毛竹入侵带,土壤固氮微生物群落随着入侵过程的变化并不一致,母岩和原有植被产生的综合作用导致土壤固氮微生物群落发生变化,但需结合更多的因素进行进一步地探讨。      

应用岩棉缓解水分胁迫对番茄的生长生理影响

  目的  探索盆栽模式下,岩棉材料及其不同埋设方式对土壤水分保蓄能力和植物栽培的实用效果。  方法  以番茄Lycopersicone sculentum幼苗为研究对象,设置植根下部埋设块状岩棉(BR)、环根周埋设片状岩棉(FR)和埋设惰性不吸水材料(ck) 3个处理,模拟水分胁迫下的植株生长;监测土表下5 cm处土壤含水量、番茄生育期内生长和生理指标变化。  结果  等量灌水条件下,土壤容积含水量从大到小依次为BR、FR、ck,岩棉处理显著高于对照(P＜0.05)。同一生长期内岩棉处理(BR和FR)番茄株高、地茎、叶片数、最大叶面积、根长和干质量等指标均高于ck;不同岩棉埋设方式对同期植物的生长指标影响不显著,结果末期BR处理根长显著高于FR处理(P＜0.05),同期番茄叶片叶绿素a质量分数、总叶绿素质量分数和相对含水量等从大到小依次为BR、FR、ck,而丙二醛质量摩尔浓度、脯氨酸质量分数和过氧化物酶活性从大到小依次为ck、FR、BR。  结论  岩棉材料可以有效提高盆栽土壤蓄水保水能力,缓解水分胁迫对盆栽植物生长及生理特性的不利影响,其中植根下部埋设块状岩棉(BR)对缓解水分胁迫、促进植物根系定植效果更佳。图3表1参31