新垦香蕉园施用生物有机肥构建防控土传枯萎病土壤微生物区系研究

发布时间：2018-02-24 10:29

本文关键词： 生物有机肥新垦香蕉园土传枯萎病土壤微生物区系群落构建机制高通量测序　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：香蕉枯萎病,是由尖孢嫌刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp. cubense,Foc)侵染引起的土传病害,是香蕉生产中最具摧毁性的病害之一。近年来发现的Foc新变种(Foc Tropical Race 4,Foc 4)对卡文迪什香蕉品种的毁灭性侵染,严重制约着我国香蕉产业的发展。由于生产中缺少有效防控措施,且感病品种不能在已感染枯萎病的土壤中被成功地再植,一旦枯萎病爆发,为了维持香蕉产业的发展只能从未感染枯萎病的区域开垦新的土地用于香蕉种植。然而,新垦地连续种植香蕉2-4年后,香蕉枯萎病又会重新出现和爆发。因此,亟需探索健康的香蕉种植模式用以保护可贵的土地资源和维持香蕉产业的可持续发展。土壤健康是农业系统中作物健康生产的重要决定性因素之一,而土壤微生物对维持土壤健康极其重要,其群落组成及多样性影响着土传病害的发生。因此,解析抑香蕉枯萎病土壤微生物群落特征,研究其形成和构建机制,是防控香蕉枯萎病的重要基础。本研究首次提出了新垦香蕉园同步香蕉种植施用生物有机肥的健康施肥模式,并于海南省临高县和澄迈县新开垦土地进行土传枯萎病防控研究。通过平板培养、Biolog微平板、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、实时荧光定量PCR及高通量测序等方法研究了 1 )施用生物有机肥诱导的根际土壤可培养细菌区系特征;2 )施用生物有机肥诱导的根际土壤细菌和真菌区系特征;3 )施用生物有机肥诱导的土体土壤微生物区系对根际土壤微生物区系的影响;4)调控形成的低发土传枯萎病土壤微生物群落的构建机制和驱动因子,试图揭示低发土传枯萎病土壤微生物区系特征及施用生物有机肥防控香蕉土传枯萎病的潜在土壤微生物生态学机理。主要研究结果如下:1.新垦香蕉园(海南临高县)同步香蕉种植连续施用生物有机肥能显著抑制香蕉枯萎病的发生并提高香蕉产量。施用生物有机肥增加了根际土壤可培养具拮抗能力芽孢杆菌和放线菌的比例。Biolog微平板结果表明:随着种植年限的延长,对照处理的根际土壤可培养细菌群落代谢活性呈现下降趋势,而施用生物有机肥稳定了根际土壤可培养细菌群落代谢活性,尤其对羧酸、酚类化合物和碳水化物的代谢能力较稳定。可培养细菌群落DGGE结果表明:施用生物有机肥稳定了根际土壤可培养细菌群落组成与结构,提高了其丰富度和多样性,并诱导了巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium )、同温层芽孢杆菌(Bacillus stratosphericus)、根瘤菌属(Rhizobium sp.)、伯克氏菌属( Burkholderia sp. )、鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumnnii)、短芽孢杆菌(Brevibacillus formosu)和苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)、荧光假单胞(Pseudomonas fluorescens)和放线菌属(Actinobacterium sp.)在根际的富集。2.根际土壤细菌和真菌群落的454高通量测序结果表明:生物有机肥作为群落组成的最主要驱动因子,改变了根际土壤细菌和真菌的群落组成;降低了根际土壤中真菌的丰度并增加了细菌的丰度和多样性。施用生物有机肥诱导的根际土壤中相对丰度增加的鞘脂菌属(Sphingobium)、Dyadobacter 属、酸杆菌Gp6属(Gp6)、溶杆菌属(Lysobacter)、Sphingopyxis属与隐球菌属(Cryptococcus)和相对丰度降低的青枯菌属(Ralstonia)与伯克氏菌属(Burkholderia)是与抑香蕉枯萎病相关的潜在微生物类群。定量PCR结果表明:施用生物有机肥降低了根际土壤中尖孢镰5刀菌(Fusarium oxysporum)的丰度。3.新垦香蕉园(海南澄迈县)同步香蕉种植采用基于生物有机肥的施肥模式,能有效地防控香蕉枯萎病的发生并提高香蕉的产量,证明了该施肥模式对土传枯萎病防控的可持续性和可重复性。施用生物有机肥提高了土壤pH、电导率、有机质、总氮和速效磷的含量。MiSeq高通量测序结果表明:生物有机肥的施用显著改变了土体和根际土壤中细菌和真菌群落的组成;提高了土体和根际土壤中细菌的丰度和多样性。施用生物有机肥富集的土壤中拟杆菌门(Bacteriodete )、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes) 、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria) 、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)、Terrimonas 属、假单胞菌属(Pseudomonas )、贪铜菌属(Cupriaviidus)、酸杆菌Gp 属(Gp6)、Ohtaekwangia属和杜擀氏菌属(Duganella)是潜在的有益微生物类群。定量PCR结果表明:施用生物有机肥降低了土体和根际土壤中尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的丰度。网络分析表明:施用生物有机肥诱导了细菌主导型的土壤微生物生态网络,其组成更复杂、连接更紧密,模块内部和模块之间的交互更活跃和频繁。施用生物有机肥调控的土体土壤微生物群落在alpha多样性、beta多样性、微生物类群组成、网络组成和网络连接的角度均对根际微生物具有遗留效应,即施用生物有机肥是通过调控低发土传枯萎病土体土壤微生物区系进而塑造了低发土传枯萎病根际土壤微生物区系。4.物种丰度分布的模型拟合分析表明:土壤细菌和真菌群落物种丰度分布均与幂率分布拟合程度最高,符合生态位理论的假设。系统发育信号分析表明:细菌群落在相对较短的系统发育距离内呈现显著地系统发育信号,真菌群落无显著地系统发育信号。系统发育结构和零模型分析表明:细菌群落组成呈现显著的系统发育聚集结构,细菌群落的构建机制是由土壤pH和有机质共同选择的决定性过程。本研究中,新垦香蕉园同步香蕉种植施用生物有机肥能有效地防控香蕉枯萎病的爆发并具有良好的促生效果。施用生物有机肥诱导的抑病型土壤微生物区系具有细菌群落丰度和多样性较高,尖孢镰刀菌的丰度低,γ-变形菌门、假单胞菌和酸杆菌Gp6等潜在有益微生物类群的相对丰度高,细菌主导型的土壤微生物网络组成复杂、连接紧密、网络内交互活跃频繁等主要特征。调控形成的土体土壤微生物区系是形成低发土传枯萎病根际土壤微生物区系的基础,土壤pH和有机质介导的生态位选择过程是群落构建的主要机制和驱动因子。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S154.3;S436.68

【参考文献】