轮作及连作对马铃薯生长发育及根际微环境的影响
发布时间：2020-12-06 06:37
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是中国贫困地区促进粮食生产和脱贫致富的重要作物,由于农耕面积限制和马铃薯集约化生产,连续种植模式在中国某些地区变得越来越普遍。然而,长期连作会降低土壤微生物群落的多样性,改变微生物群落结构,导致土壤养分比例失调,从而影响作物生长发育和产量。大量研究发现,轮作是缓解土壤连作障碍的有效措施,但关于马铃薯-藜麦轮作和马铃薯-玉米轮作如何影响马铃薯根际土壤微环境,以及轮作模式下土壤与根系间的相互作用鲜见报道。因此本文研究了马铃薯-藜麦和马铃薯-玉米轮作对土壤微生物群落结构、土壤理化质量、马铃薯生长发育以及产量的影响,以期为减轻马铃薯连作障碍,实现更好的轮作模式提供理论支持。主要结论如下:（1）轮作对土壤细菌群落结构产生了显著影响。相较于连作,马铃薯-藜麦轮作,马铃薯-玉米轮作明显提高了马铃薯根际土壤中细菌Chao1指数、ACE指数、Shannon指数。轮作处理土壤中变形菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门相对丰度较连作显著增加,而放线菌门相对丰度显著降低。连作马铃薯田轮作后,根际土壤细菌优势属Sphingomonas、Gemmatimonas、Pyrin...
【文章来源】：甘肃农业大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
采用Illumina MiSeq高通量测序技术,通过QIIME软件检查并剔除嵌合体序列,连作马铃薯、轮作藜麦、轮作玉米处理分别获得13729、14984、15888条有效序列,共检测到16个门、34个纲、65个目、101个科、226个属以及346个种。从图2.1看出,3种处理下根际土壤经高通量测序后共获得16个细菌门和未确定细菌类群,其中主要有9个门类,由下而上,分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、浮霉菌门(Planctomycetes)和Nitrospinae。各处理土壤优势细菌门中,变形菌门(40.50%~49.03%)相对丰度最大,其次是放线菌门(10.56%~22.84%)、酸杆菌门(12.25%~14.45%)以及芽单胞菌门(8.42%~10.05%),它们约占总体群落的82.91%~84.02%。3种处理下根际土壤细菌各门类的群落结构和相对丰度有明显差异,轮作藜麦、玉米处理下根际土壤中Proteobacteria相对丰度较连作分别升高了12.88%、21.04%;而Actinobacteria相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下显著降低,分别较连作降低了34.20%、53.76%;Acidobacteria相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别升高了3.05%、17.94%;相较于连作,轮作藜麦处理下根际土壤中Gemmatimonadetes、Firmicutes、Bacteroidetes和Nitrospirae相对丰度升高了19.39%、19.10%、23.70%和56.70%,轮作玉米处理下根际土壤中Gemmatimonadetes、Firmicutes、Bacteroidetes和Nitrospirae相对丰度升高了5.27%、26.62%、44.94%和47.27%;Planctomycetes相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别降低10.25%、36.81%;而Nitrospinae相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别升高了61.66%、67.73%。
各处理根际土壤样品中细菌包含226个属,选取相对丰度前50的菌属,根据其丰度分布或样本间的相似程度进行聚类分析(图2.2)。在热图上,将高丰度和低丰度的分类单元加以区分,并以颜色梯度反映样本之间的群落组成相似度。由图中可知,连作马铃薯单独聚为一类,土壤中富含变形菌和酸杆菌,轮作藜麦和玉米处理聚为一类,轮作藜麦和玉米以变形菌和放线菌为主。可知,轮作藜麦和玉米菌群结构整体相似度较高,表明轮作藜麦和玉米对连作马铃薯田根际细菌群落结构影响较大。对位列前30的细菌属分类水平上的群落组成和相对丰度进行统计分析得到图2.3。连作马铃薯土壤的优势属为芽单胞菌属(Gemmatimonas)(5.71%)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(5.31%)、链霉菌属(Streptomyces)(4.07%)和土壤红杆菌属(Solirubrobacter)(3.32%)。轮作藜麦的优势属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(6.85%)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)(5.87%)、Pyrinomonas(3.32%)和溶杆菌属(Lysobacter)(3.19%)。轮作玉米的优势属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(9.05%)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)(6.37%)、Pyrinomonas(3.82%)和Thiobacter(3.12%)。与连作马铃薯相比,轮作藜麦、玉米处理的土壤中Sphingomonas、Gemmatimonas、Pyrinomonas、Aridibacter和Lysobacter相对丰度显著升高,其中Sphingomonas相对丰度较连作分别提高了28.98%和70.40%,Gemmatimonas相对丰度分别提高了2.79%和11.57%,Pyrinomonas相对丰度分别提高了35.96%和56.54%,Aridibacter相对丰度分别提高了28.86%和42.18%,Lysobacter相对丰度分别是连作的2.66倍和1.91倍。而土壤中Streptomyces和Solirubrobacter菌群相对丰度在轮作处理下显著降低,轮作藜麦、玉米处理下的Streptomyces相对丰度较连作分别降低了49.42%和65.29%,Solirubrobacter相对丰度较连作分别降低了27.55%和51.48%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同栽培模式对辣椒根际连作土壤微生物区系和酶活性的影响[J]. 董宇飞,吕相漳,张自坤,贺洪军,喻景权,周艳虹. 浙江农业学报. 2019(09)
[2]江淮地区不同轮茬作物对苜蓿产量及根际土壤质量的影响[J]. 李争艳,徐智明,师尚礼,贺春贵. 草业学报. 2019(08)
[3]连作与轮作下木薯产量及土壤微生物特征比较[J]. 刘珊廷,罗兴录,吴美艳,唐志平,王超超,张家陵. 热带作物学报. 2019(08)
[4]轮作对土壤肥力及玉米生长发育的影响[J]. 杨德光,吴玥,宋秀丽,陶波,谷景龙,董璐铭,季生栋,韩业辉. 玉米科学. 2019(04)
[5]轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响[J]. 胡彦婷,王雅娜,崔丽婷,孙文,程辉彩,张连水,张丽萍,刘洪伟. 基因组学与应用生物学. 2019(05)
[6]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[J]. 姚小东,李孝刚,丁昌峰,韩正敏,王兴祥. 土壤学报. 2019(04)
[7]不同种植模式下丹参根际土壤微生物群落结构变化[J]. 王悦,杨贝贝,王浩,杨程,张菊,朱濛,杨如意. 生态学报. 2019(13)
[8]甘肃省玉米育种现状及对策[J]. 宋亚丽,李可夫,耿智广,张文伟,李峰,苏龙. 农业科技与信息. 2019(03)
[9]黄萎病不同发生程度棉田土壤中的真菌群落特征分析[J]. 刘海洋,王伟,张仁福,热西达·阿不都热合曼,姚举. 中国农业科学. 2019(03)
[10]不同连作障碍消减措施对新疆棉花根系形态生理特征的影响[J]. 张智勇,董秀秀,王绍明,濮晓珍. 应用与环境生物学报. 2019(04)
博士论文
[1]黑土区典型作物轮作和连作对土壤微生物群落结构的影响[D]. 刘杭.中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) 2019
[2]轮作模式下马铃薯土壤微生物多样性、酶活性及根系分泌物的研究[D]. 谭雪莲.甘肃农业大学 2016
[3]葡萄连作障碍机理及调控途径的研究[D]. 李坤.沈阳农业大学 2010
硕士论文
[1]马铃薯晚疫病强毒菌株CN152特异免疫抑制效应子的鉴定[D]. 钱坤.中国农业科学院 2016
[2]不同前茬对辣椒生理特性和产量品质及土壤环境的影响[D]. 贾文燕.西北农林科技大学 2010
本文编号：2900909
【文章来源】：甘肃农业大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
采用Illumina MiSeq高通量测序技术,通过QIIME软件检查并剔除嵌合体序列,连作马铃薯、轮作藜麦、轮作玉米处理分别获得13729、14984、15888条有效序列,共检测到16个门、34个纲、65个目、101个科、226个属以及346个种。从图2.1看出,3种处理下根际土壤经高通量测序后共获得16个细菌门和未确定细菌类群,其中主要有9个门类,由下而上,分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、浮霉菌门(Planctomycetes)和Nitrospinae。各处理土壤优势细菌门中,变形菌门(40.50%~49.03%)相对丰度最大,其次是放线菌门(10.56%~22.84%)、酸杆菌门(12.25%~14.45%)以及芽单胞菌门(8.42%~10.05%),它们约占总体群落的82.91%~84.02%。3种处理下根际土壤细菌各门类的群落结构和相对丰度有明显差异,轮作藜麦、玉米处理下根际土壤中Proteobacteria相对丰度较连作分别升高了12.88%、21.04%;而Actinobacteria相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下显著降低,分别较连作降低了34.20%、53.76%;Acidobacteria相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别升高了3.05%、17.94%;相较于连作,轮作藜麦处理下根际土壤中Gemmatimonadetes、Firmicutes、Bacteroidetes和Nitrospirae相对丰度升高了19.39%、19.10%、23.70%和56.70%,轮作玉米处理下根际土壤中Gemmatimonadetes、Firmicutes、Bacteroidetes和Nitrospirae相对丰度升高了5.27%、26.62%、44.94%和47.27%;Planctomycetes相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别降低10.25%、36.81%;而Nitrospinae相对丰度在轮作藜麦、玉米处理下较连作分别升高了61.66%、67.73%。
各处理根际土壤样品中细菌包含226个属,选取相对丰度前50的菌属,根据其丰度分布或样本间的相似程度进行聚类分析(图2.2)。在热图上,将高丰度和低丰度的分类单元加以区分,并以颜色梯度反映样本之间的群落组成相似度。由图中可知,连作马铃薯单独聚为一类,土壤中富含变形菌和酸杆菌,轮作藜麦和玉米处理聚为一类,轮作藜麦和玉米以变形菌和放线菌为主。可知,轮作藜麦和玉米菌群结构整体相似度较高,表明轮作藜麦和玉米对连作马铃薯田根际细菌群落结构影响较大。对位列前30的细菌属分类水平上的群落组成和相对丰度进行统计分析得到图2.3。连作马铃薯土壤的优势属为芽单胞菌属(Gemmatimonas)(5.71%)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(5.31%)、链霉菌属(Streptomyces)(4.07%)和土壤红杆菌属(Solirubrobacter)(3.32%)。轮作藜麦的优势属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(6.85%)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)(5.87%)、Pyrinomonas(3.32%)和溶杆菌属(Lysobacter)(3.19%)。轮作玉米的优势属为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(9.05%)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)(6.37%)、Pyrinomonas(3.82%)和Thiobacter(3.12%)。与连作马铃薯相比,轮作藜麦、玉米处理的土壤中Sphingomonas、Gemmatimonas、Pyrinomonas、Aridibacter和Lysobacter相对丰度显著升高,其中Sphingomonas相对丰度较连作分别提高了28.98%和70.40%,Gemmatimonas相对丰度分别提高了2.79%和11.57%,Pyrinomonas相对丰度分别提高了35.96%和56.54%,Aridibacter相对丰度分别提高了28.86%和42.18%,Lysobacter相对丰度分别是连作的2.66倍和1.91倍。而土壤中Streptomyces和Solirubrobacter菌群相对丰度在轮作处理下显著降低,轮作藜麦、玉米处理下的Streptomyces相对丰度较连作分别降低了49.42%和65.29%,Solirubrobacter相对丰度较连作分别降低了27.55%和51.48%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同栽培模式对辣椒根际连作土壤微生物区系和酶活性的影响[J]. 董宇飞,吕相漳,张自坤,贺洪军,喻景权,周艳虹. 浙江农业学报. 2019(09)
[2]江淮地区不同轮茬作物对苜蓿产量及根际土壤质量的影响[J]. 李争艳,徐智明,师尚礼,贺春贵. 草业学报. 2019(08)
[3]连作与轮作下木薯产量及土壤微生物特征比较[J]. 刘珊廷,罗兴录,吴美艳,唐志平,王超超,张家陵. 热带作物学报. 2019(08)
[4]轮作对土壤肥力及玉米生长发育的影响[J]. 杨德光,吴玥,宋秀丽,陶波,谷景龙,董璐铭,季生栋,韩业辉. 玉米科学. 2019(04)
[5]轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响[J]. 胡彦婷,王雅娜,崔丽婷,孙文,程辉彩,张连水,张丽萍,刘洪伟. 基因组学与应用生物学. 2019(05)
[6]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[J]. 姚小东,李孝刚,丁昌峰,韩正敏,王兴祥. 土壤学报. 2019(04)
[7]不同种植模式下丹参根际土壤微生物群落结构变化[J]. 王悦,杨贝贝,王浩,杨程,张菊,朱濛,杨如意. 生态学报. 2019(13)
[8]甘肃省玉米育种现状及对策[J]. 宋亚丽,李可夫,耿智广,张文伟,李峰,苏龙. 农业科技与信息. 2019(03)
[9]黄萎病不同发生程度棉田土壤中的真菌群落特征分析[J]. 刘海洋,王伟,张仁福,热西达·阿不都热合曼,姚举. 中国农业科学. 2019(03)
[10]不同连作障碍消减措施对新疆棉花根系形态生理特征的影响[J]. 张智勇,董秀秀,王绍明,濮晓珍. 应用与环境生物学报. 2019(04)
博士论文
[1]黑土区典型作物轮作和连作对土壤微生物群落结构的影响[D]. 刘杭.中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) 2019
[2]轮作模式下马铃薯土壤微生物多样性、酶活性及根系分泌物的研究[D]. 谭雪莲.甘肃农业大学 2016
[3]葡萄连作障碍机理及调控途径的研究[D]. 李坤.沈阳农业大学 2010
硕士论文
[1]马铃薯晚疫病强毒菌株CN152特异免疫抑制效应子的鉴定[D]. 钱坤.中国农业科学院 2016
[2]不同前茬对辣椒生理特性和产量品质及土壤环境的影响[D]. 贾文燕.西北农林科技大学 2010
本文编号：2900909
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