邵武烟田土壤微生物群落结构变化与烟草青枯病发生关系初报

为了研究健康和发病烟田土壤微生物群落结构的差异,分别在烟株不同生长时期采取健康和发病烟田土壤,对土壤微生物进行16S rRNA和18S rRNA基因测序,分析其群落结构和多样性的变化。结果表明:与移栽前相比,烟株旺长期土壤微生物群落结构已发生了较大变化,旺长期土壤中酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度平均减少了5.4%,放线菌门(Actinobacteria)增多了8.0%,子囊菌门(Ascomycota)增多了22.8%;健康土壤中unclassified_f__Micrococcaceae相对丰度是发病土壤的2倍,而发病土壤中假霉样真菌属(Pseudallescheria)相对丰度是健康土壤的2倍;健康土壤微生物多样性较高于发病土壤。微生物群落结构在健康和发病土壤之间存在较大差异,unclassified_f__Micrococcaceae、假霉样真菌属(Pseudallescheria)等土壤微生物是造成差异的主要物种。

轮作与连作对烟田土壤微生物区系及多样性的影响

为探讨轮作与连作对烟田根际土壤微生物群落的影响,采用实验室微生物培养联合微生物高通量测序技术,分析了玉米-烤烟轮作和烟叶连作对烟株根际土壤微生物数量、群落结构及其多样性的影响。研究结果表明,轮作烟田根际土壤中可培养细菌和放线菌数量均高于连作烟田根际土壤,但真菌数量低于连作烟田。土壤高通量测序结果表明,轮作烟田根际土壤真菌和细菌群落多样性均高于连作烟田;在烟株的生长过程中,轮作和连作烟田在旺长期和成熟期微生物群落相似度降低。相较于黑胫病/根腐病/根结线虫发病率较高(36. 67%)的连作烟田来说,轮作烟田发病率较低(0%),进一步分析真菌和细菌群落结构发现,轮作烟田根际土壤中拮抗菌如Sphingomonas (鞘脂单胞菌属)、Pseudomonas (假单胞菌属)、Aspergillus (曲霉属)等相对丰度均高于连作烟田,而连作烟田根腐病病菌Pythium (腐霉属)丰度较高。

健康烟田与易感黑胫病烟田烟株不同生长时期根际土壤微生物区系变化规律

为控制烟草黑胫病的发生,研究了健康烟田与易感病烟田烟株生长过程中根际土壤微生物区系的变化。通过对根际土壤中可培养微生物数量的检测和土壤宏基因组测序,分析烟田根际土壤在烟株生长过程中微生物数量、群落结构及其多样性的变化。结果表明,在烟株生长过程中根际土壤可培养微生物数量先增加后减少,旺长期达到最大值,且健康烟田根际土壤中可培养细菌和放线菌数量大于易感病烟田,成熟期易感病烟田中可培养真菌数量显著高于健康烟田。土壤宏基因组测序结果表明,在烟株整个生长过程中微生物多样性逐渐降低,且健康烟田细菌多样性大于易感病烟田,成熟期健康与易感病烟田根际土壤微生物群落结构差异性较大,易感病烟田根际土壤中病原菌丰度随烟株生长迅速增加,成熟期病原菌占60.43%,发病率为60%,健康烟田根际土壤病原菌丰度仅为0.32%,发病率为0.4%。由此可以看出,土壤微生物群落结构改变、多样性降低、病原菌增加,是造成烟草黑胫病发生的主要原因。

施用解淀粉芽孢杆菌对烟株生长和根际土壤微生物区系的影响

为进一步提高烟叶品质及产量,研究了施用解淀粉芽孢杆菌生物菌剂对烟株根际土壤微生物区系、烟叶农艺性状以及产量、质量的影响。结果表明,施用生物菌剂(处理T)和未施用生物菌剂(对照C)烟田根际土壤中可培养微生物数量随着烟株生长均呈现先增加后减少的趋势,细菌和放线菌数量在团棵期达到最大,而真菌数量在旺长期达到最大。宏基因组微生物分类测序结果表明,施用生物菌剂对土壤微生物群落结构产生一定的影响,特别是在属水平上。Sphingomonas(鞘氨醇单孢菌属)作为降解土壤有毒物质最有效的细菌属,成熟期处理T比对照C高15.53%;Gibberella(赤霉菌属)作为促进植物生长的真菌属,旺长期处理T比对照C高1 058.60%,且这个时期烟株的农艺性状也表现为处理T优于对照C。处理T烟叶产值比对照C高77.69%。可见,通过施用解淀粉芽孢杆菌菌剂可以改善土壤微生物结构、提高有益菌的含量,改善烟草的农艺性状,进而提高烤烟的产量。

施用石灰氮对烟株生长和根际土壤微生物区系的影响

为了有效防治烟草黑胫病和根结线虫病,提高烟叶的产量和质量,研究了烟苗移栽前施用石灰氮对烟株根际土壤微生物区系、烟株农艺性状及病害发生情况的影响。结果表明,施用石灰氮(处理T)烟田从移栽前到团棵期烟株根际土壤细菌、真菌、放线菌数量分别减少了87.0%、 89.8%、 87.3%,但随着烟株生长逐渐恢复;正常施肥(对照C)烟田烤烟团棵期真菌数量较移栽前减少了82.1%,而细菌和放线菌的数量变化差异不显著。在烟株生长中后期,总体上处理T烟田的微生物含量低于对照C。宏基因组微生物分类测序结果表明,施用石灰氮对烟株根际土壤微生物数量和群落结构都有影响,且对真菌影响更明显。在烟株生长过程中门水平上的优势细菌和真菌分别有Proteobacteria、Acidobacteria、Firmicutes、Actinobacteria、Gemmatimonadetes、Planctomycetes、Bacteroidetes和Ascomycota、Basidiomycota、Zygomycota、Chytridiomycota、Blastocladiomycota。烟株农艺性状和成熟期烟株病害情况表明,施用石灰氮对烟株的生长产生了影响,团棵期处理T株高显著高于对照C;处理T烟株根结线虫病的发病率仅为对照C的1/2,黑胫病的发病率显著低于对照C。可见,施用石灰氮可以降低烟株根际土壤微生物的数量,并有效预防烟草根结线虫病和黑胫病的发生。

林可霉素菌渣堆肥抗生素抗性基因变化分析

为了研究抗生素菌渣堆肥过程中抗生素抗性基因(ARGs)的变化情况,以林可霉素菌渣-糠醛渣堆肥为研究对象,以污泥-糠醛渣堆肥为对照.运用荧光定量PCR技术检测到了堆肥过程中lnuA-01、sul1、ermA、ermB、ermC等5种林可霉素抗性基因和整合子基因intI1的变化情况.结果表明,堆肥化处理可以降解99%的林可霉素残留,两者堆肥ARGs总量绝对丰度均有较大增加,而相对丰度降低5%～22%.同时发现林可霉素菌渣堆肥有助于intI1的富集,表明林可霉素菌渣堆肥存在生态风险.冗余分析显示, ARGs变化受环境因子影响严重,影响顺序为pH值>林可霉素残留>温度>C/N.

有机肥不同施肥量对茶园土壤微生物区系的影响

土壤微生物在茶园土壤养分生物循环中具有十分重要的作用,为研究有机肥不同施肥量对茶园土壤微生物多样性的影响,选取河南省信阳市浉河区浉河港镇的茶园进行大田试验,并利用Miseq测序平台测定细菌、真菌的群落组成与多样性。结果表明:在不同施肥处理下,其茶园土壤微生物的OTU的种类和数量不同,且所含微生物属水平的数量和占比也不同。从对照中共检测出441种细菌属,总数为14 944个,共检测出47种真菌属,总数是5 687个;从T1处理(有机肥施用量为1 500 kg/hm^2)中检测到493个细菌属,总数是8 529个,共检测到64个真菌属,总数是86 112个;从T2处理(有机肥施用量为3 000 kg/hm^2)中检测到535种细菌属,总数是9 672个,共检测到70个真菌属,总数是11 736个。此外,施用有机肥可以提高土壤微生物群落的丰度,增强茶园土壤生态系统的稳定性。

有机肥对茶园土壤性状及茶叶品质的影响

为研究有机肥对茶园土壤养分、土壤微生物和茶叶品质及产量的影响,以浉河区不同生态条件茶园为研究对象,设置不施有机肥(对照)和施用2个不同用量有机肥处理进行大田试验。结果表明:随着施肥量和施肥年限的增加,土壤pH值无明显变化,有机质含量、全氮含量、碱解氮含量和速效钾含量呈上升趋势;施用有机肥增加了土壤中微生物的数量,丰富了土壤微生物多样性,改变微生物群落结构;提高了茶叶产量以及茶叶的水溶物含量、氨基酸含量和茶多酚含量,对咖啡碱含量偏高茶园的茶叶品质也有一定的改良效果。

不同促腐菌剂对园林废弃物堆肥理化性质和优势微生物群落的影响

利用堆肥返料、菇渣和市售腐熟剂作为促腐菌剂,研究了不同促腐菌剂对园林废弃物堆肥过程中堆肥理化性质和优势微生物群落变化的影响。结果表明,添加堆肥返料、菇渣促使堆体在第1天即快速升温至47.4和46.3℃,比对照(CK)高温期(>50℃)时间分别延长了2 d和3 d,而添加市售菌剂的堆体在第7天才升温至50.2℃仅比CK提前2 d进入高温期;相比于CK,堆肥结束时添加堆肥返料的T1处理中纤维素、半纤维素和木质素等降解率分别提高了21.5%、15.5%和22.3%,添加菇渣的T2提高了纤维素和木质素的降解率仅分别为5.2%和2.5%;添加市售菌剂的T3使堆体内纤维素、半纤维素和木质素降解率相较于CK分别提高了9.6%、2%和5.8%。添加堆肥返料或菇渣提高了堆体中木质纤维素降解菌(Sphingobacterium、Cellulosimicrobium、Thermobifida、Pseudallescheria)的相对丰度,抑制了有害菌群(Enterobacter、Myroides、Fusarium)繁殖,而添加市售菌剂的堆体仅提高了Pseudallescheria的相对丰度。Spearman相关性分析表明:Thermobifida和Cellulosimicrobium与纤维素和半纤维素含量呈负相关(P≤0.05);Myroides、Boeremia和Fusarium均与GI呈正相关(P<0.05);Pyxidiophora与全氮、全磷、全钾和GI呈正相关(P≤0.05)。因此,在园林废弃物堆肥过程中可采用堆肥返料或菇渣作为促腐菌剂来加速堆肥腐熟进程。

烟株生长过程中土壤微生物的变化特征

为有效防治烟草青枯病等土传病害,探究了烟株生长过程中土壤微生物的变化特征。分别在烟株不同生长期采集根部土壤进行可培养微生物数量测定和16S/18S rDNA基因测序,以分析烟株生长过程中微生物数量、多样性以及群落结构的变化。结果表明,可培养细菌、放线菌数量随烟株生长先增多后减少,其中旺长期数量最多;真菌数量先减少后增多,以旺长期数量最少。细菌群落多样性无明显变化,真菌群落多样性在旺长期最低。微生物群落结构在旺长期变化较大,细菌优势菌群Acidobacteria(酸杆菌门)丰度较团棵期减少30%±12%,Actinobacteria(放线菌门)丰度增加116%±19%,真菌优势菌群Ascomycota(子囊菌门)丰度增加57%±36%,norankk-Fungi丰度减少83%±17%。烟株生长发育改变了土壤微生物的数量和群落结构,旺长期微生物群落结构的改变与青枯病发生存在一定联系,特别是真菌优势菌的变化可能会影响青枯病的发生。

土壤调理剂对植烟土壤微生物群落的影响

考察了生物质炭作为土壤调理剂对植烟土壤微生物群落的影响。结果表明,在烤烟生长的各个时期,添加调理剂处理的土壤可培养微生物数量均比未添加调理剂的对照处理高。宏基因组分析表明,添加土壤调理剂处理的微生物群落多样性高于对照,且青枯病发病率和病情指数比对照降低了27.6%和34.6%。由此可知,植烟土壤中添加土壤调理剂可以改善土壤微生态环境,提高土壤微生物群落多样性,维护土壤微生物平衡,从而降低土传病害的发生。

不同连作年限对烟草根际土壤微生物区系的影响

为探究不同连作年限对烟草根际土壤微生物区系的变化,利用基因多样性测序技术,分析烟草在连作2年、4年和6年时对根际土壤微生物的数量、群落结构以及物种多样性的影响。结果表明:烟草连作年限的增加会导致根际土壤中可培养细菌和放线菌数量的减少,真菌数量的增多。基因测序结果显示,随着烟草连作年限的增加,微生物群落多样性逐渐下降,群落结构发生改变,微生物类别相对丰度的改变可能是造成不同连作年限间真菌群落结构差异性的原因。不同连作年限下烟草根际土壤细菌群落优势菌属的种类变化比较小,而真菌的群落优势菌属种类变化较大。结合群落结构分布图可知烟草连作年限的增加会增加根际土壤中病原微生物、同时减少有益微生物。

浉河区茶园土壤性状与茶叶品质相关性研究

为明确浉河区茶园土壤性质和茶叶品质的现状及其之间的相关性,通过对浉河区茶园所采土壤和茶叶样品的测定,明确茶园土壤性状和茶叶品质现状,并对其进行偏相关性分析。结果表明:供试浉河区茶园土壤pH值在4左右,低于茶树最适宜的最低pH值4.5~5.5;土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量丰富,均能够满足茶叶生长所需,有效磷的含量变异系数较大;董家河镇的速效钾含量相对较低。施用有机肥可增加茶园土壤细菌群落的丰度和生物多样性。所采茶叶样品的茶叶品质中,茶水浸出物、咖啡碱和氨基酸含量都满足优质茶叶的标准,茶多酚的含量偏低。茶叶百芽头重、水浸出物和咖啡碱含量都与土壤全氮量的偏相关性更为显著,茶多酚与土壤有效磷的偏相关性更为显著。

林可霉素菌渣堆肥微生物群落多样性分析

本试验以林可霉素菌渣-猪粪为原料、污泥-猪粪堆肥作对照,研究了林可霉素菌渣堆肥过程中残留林可霉素的降解情况,并基于Illumina Mi Seq高通量测序分析了林可霉素菌渣堆肥过程中微生物菌群的变化.结果表明:通过堆肥处理可以大幅度降解林可霉素菌渣中残留的林可霉素,经过33 d的堆肥处理后,林可霉素的残留量从最初的1 800 mg·kg-1降到483mg·kg-1,降解率高达73%.同时高通量测序结果表明,由于高含量的林可霉素残留,在堆肥初期和高温期林可霉素菌渣堆肥中细菌群落的分布丰度和多样性指数均低于污泥-猪粪堆肥,但真菌群落丰度和多样性均高于污泥-猪粪堆肥.林可霉素菌渣堆肥中细菌主要以Paucisalibacillus、Cerasibacillus、Bacillus、Virgibacillus、Ureibacillus、Paenibacillus、Sinibacillus属为主,而污泥-猪粪堆肥中主要以Truepera、Actinomadura、Pseudosphingobacterium、Pseudomonas、Luteimonas、Ureibacillus属为主,两者堆肥中微生物群落结构存在显著差异.随着堆肥进入腐熟期,林可霉素残留大幅度降解,抗生素对微生物的胁迫减小或解除,林可霉素菌渣-猪粪堆肥和污泥-猪粪堆肥相比,无论是细菌还是真菌,其微生物群落已逐渐趋同.表明堆肥处理可以大幅降解林可霉素残留,增加微生物多样性,有利于实现林可霉素菌渣无害化处理和资源化利用.