不同施肥条件下黄瓜连作土壤微生物多样性分析

发布时间：2017-11-19 14:00

本文关键词：不同施肥条件下黄瓜连作土壤微生物多样性分析

【摘要】：随着我国设施农业的不断发展,连作障碍越来越突出。黄瓜作为设施蔬菜主要品种之一,近年来其连作障碍的发生机制及其防治措施受到学者们较广泛的关注,已有的研究表明,土壤微生物区系失衡是黄瓜连作障碍发生的主要原因之一,并且认为施用有机肥及微生物肥料可以改善土壤理化性质、调节土壤微生物生态,能有效解除作物连作障碍。化肥的过量及不适当使用,也是导致土壤理化性质劣化,土壤微生物区系失衡的主要原因之一。因此通过有机肥、微生物肥以及化肥的合理施用,建立合理的施肥策略,对于黄瓜种植产业的可持续发展意义重大。本文通过设置化肥(FT)、普通有机肥+化肥(FC)、生物有机肥+化肥(FB)以及不施肥(CK)等不同施肥处理,研究不同施肥条件下黄瓜连作过程中土壤微生物多样性的动态变化,分析连作土壤中假单胞菌、hcnAB、phzF、黄瓜枯萎病原菌丰度的变化,并借助Illumina MiSeq测序技术,了解不同施肥措施对连作黄瓜土壤真菌群落结构的影响,以期为黄瓜连作生产中健康土壤微生物区系的维持以及连作障碍的预防及缓解提供理论基础。主要研究结果如下：(1)利用稀释平板计数和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)等方法,分析了不同施肥处理条件下连作7茬黄瓜土壤细菌、放线菌和真菌数量及多样性的动态变化,结果表明：随着连作茬数的增加,根际土壤微生物数量呈逐渐增加趋势；与对照相比,FT处理总体上明显促进了连作土壤中放线菌、真菌数量的增加,而对细菌数量的增加有明显抑制作用；有机肥施用对细菌、放线菌数量的增加均有不同程度的促进作用,除生物肥连作后期(5茬后)对真菌数量的增加有促进作用外,有机肥施用总体上抑制了土壤真菌数量增加。连作及不同施肥方式对土壤细菌群落结构均产生不同程度影响,除对照外,各施肥处理土壤细菌多样性以及丰富度随着连作茬数的增加均呈现下降趋势,相对于FT及FC处理,FB处理对于维持连作过程细菌多样性及丰度具有明显的积极意义：各施肥处理土壤真菌多样性以及丰富度随着连作茬数的增加均呈现上升趋势,但与不施肥处理相比上升幅度较小,且连作7茬后土壤真菌多样性及丰富度表现为FBFCFT。(2)采用RT-PCR和PCR-DGGE方法,对第1茬及第8茬黄瓜连作土壤假单胞菌丰度及多样性进行了分析,结果表明：与CK相比,各种肥料施用对第1茬黄瓜根际土壤假单胞菌丰度的增加均有明显促进作用,连作8茬后FT处理明显降低了假单胞菌丰度,而有机肥处理对丰度的影响不明显；与第1茬相比,各施肥处理连作8茬后土壤假单胞菌丰度及相对丰度均明显下降。连作使土壤假单胞菌群落结构的多样性及丰富度有一定程度的增加,并且第1茬不同施肥处理间差异较大,而连作8茬后差异度明显下降,在维持黄瓜连作过程土壤假单胞菌多样性及丰富度的能力上FBFTFC;对假单胞菌DGGE条带测序比对可知,连作使各施肥处理Pseudomonas fluorescens、Pseudomonas putida、Pseudomonas stutzeri、Pseudomonas sp等有益菌丰度均有增加；FB处理对Pseudomonas fluorescens、Pseudomonas putida、Pseudomonas stutzeri、Pseudomonas alcaligenes、Pseudomonas sp.等有益菌丰度增加均有促进作用,而FC处理Pseudomonas alcaligenes丰度有所下降。连作增加了对黄瓜土传病害具有拮抗作用假单胞菌有益菌群的丰度,生物有机肥的施用能够促进有益菌群丰度的增加。(3)利用RT-PCR方法,分析不同施肥条件下黄瓜连作土壤与土传病发生相关的尖孢镰刀菌(MAT)、黄瓜枯萎病原菌(OPZ)的丰度以及与土传病原真菌控制相关的hcnAB、phzF等功能基因丰度的变化。结果表明：连作导致土传病发生相关基因相对丰度呈下降趋势,这种趋势在普通有机肥处理中更为明显,而化肥、生物有机肥处理对这种趋势具有抑制或缓解作用；连作导致可能对土传病菌具有抑制作用的假单胞菌的相对丰度呈现下降趋势,这种趋势在化肥、生物有机肥处理中更为明显,而普通有机肥处理对这种趋势具有抑制或缓解作用；此外,土传病发生相关基因相对丰度与可能对土传病菌具有抑制作用的假单胞菌的相对丰度呈现负相关。(4)应用Illumina Miseq平台,对CK、FT、FC、FB以及FCB(化肥+普通有机肥+微生物有机肥)等施肥处理连作8茬土壤真菌IST1区进行了高通量测序,共计获得了2,696,679条有效序列及2,036,675条优质序列。Alpha多样性分析结果表明：与CK相比,FC、FT处理对非根土壤真菌丰富度提高有促进作用；FT、FB、FC及FCB处理均不同程度地降低了根际土壤真菌多样性及丰富度,该结果与前述第7茬黄瓜连作土壤真菌PCR-DGGE分析结果一致。比较不同肥料处理土壤真菌主要门相对丰度可知：与CK相比,化肥、有机肥的施用总体上均降低了土壤Ascomycota、Glomeromycota、Zygomycota相对丰度,其中FC处理下降幅度最大；化肥、有机肥的施用均增加了根际土Basidiomycota相对丰度,但在非根际土中,除了FB处理,其余处理均显著降低了Basidiomycota相对丰度；除了FCB处理,其余处理Chytridiomycota相对丰度均有不同程度的增加,其中FT处理增加幅度最大。土壤中最丰富的前20种OTUs统计结果表明：丰度排在最前的4个种类分别为Fusarium solani、Fusarium oxysporum、Acremonium sp.、Mortierella alpina,而根际土壤中丰度排在最前的4个种类分别为Fusarium solani、Ascomycota sp.、Fusarium oxysporum及Acremonium sp. o对土壤20个最丰富物种中的土传病原真菌及作物生长有益菌相对丰度进行施肥处理间差异显著性分析,结果表明：相对于CK及FT处理,不同有机肥处理对根际、非根际土壤不同土传病原真菌丰度具有不同程度的控制作用,同时,不同施肥处理土壤有益真菌丰度也有不同程度的下降。Beta多样性分析结果表明,无论根际土还是非根际土,化肥处理与不施肥处理群落结构差异较小,FB、FC及FCB等3种有机肥处理群落结构与CK差异均较大,并且生物有机肥与普通有机肥处理间群落结构均有较大的分异度。通过主成分分析(PCA)以及属分类水平上的聚类分析均获得相似结果。RDA分析结果表明：不同施肥处理导致土壤真菌群落结构的明显分化,与多种土壤理化因子密切相关,其中,pH以及氨态氮含量与CK及FT处理土壤真菌群落结构的形成关系密切,而全氮、速效磷、速效钾、有机碳、全磷、硝态氮等理化因子共同影响FC、FB及FCB等肥料处理土壤真菌群落结构的形成。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S642.2;S154.3

【参考文献】

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