铅锌尾矿区土壤有机菌肥改良后植物根际菌群的特性及多样性研究

以辣椒的根际菌群为研究对象,通过纯培养的正交试验对比分析有机菌肥改良前后根际菌群去除铅锌能力及特性的差异,同时利用Illumina Miseq平台对根际菌群的16S rRNA基因V4区域进行测序,分析细菌群落结构及多样性的变化。结果表明:施用有机菌肥提高了可培养根际菌群去除铅、锌的能力,去除率增量最大分别可达40.2%、12.7%。同时,菌群去除铅的最佳培养条件发生了改变,铅锌浓度和培养基类型对铅去除率影响的显著性有所提高。有机菌肥对锌去除率的影响在试验分析中体现不明显。培养基种类是影响菌群去除铅锌的最主要因素,菌群中的原核生物较真核生物更具去除铅锌的优势。有机菌肥的应用对细菌群落结构产生了一定影响,微生物的相对丰度发生了改变,菌群多样性得到了丰富,但硫杆菌属Thiobacillus仍是绝对的优势菌。

不同植物修复锰矿渣模式中根际菌群的特性及多样性研究

以锰矿渣为基质开展了植物修复中试试验,测定对比了有机菌肥处理下不同植物群落模式配置中基质重金属浓度和其他理化性质的差异,同时利用Illumina Miseq平台对各处理基质样本中菌群的16S rRNA基因V4区域进行测序,分析了细菌群落结构及多样性的变化。试验结果表明施用有机菌肥能显著降低了土壤重金属活度,改善了根际微生态环境。基因测序分析中共检测到了150 703个有效序列,基质样本中的微生物隶属34个门类和81个纲类,变形菌为优势菌群。有机菌肥的应用显著改变了基质中微生物的组成、结构与相对丰度,丰富了菌群多样性。总体上,有机菌肥对细菌群落结构的影响要大于植物群落模式的影响。RDA分析显示,决定基质细菌分布的关键环境因子是其Mn离子含量。

模拟垂直流人工湿地不同木本植物根际细菌群落特征

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以7种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群。结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他5种植物,其根系能够更好地富集微生物。门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起7种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强。基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的7种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力。

缩节胺和硝普钠对棉花幼苗根际土壤酶活性及细菌群落的影响

【目的】研究棉花幼苗施用缩节胺(1,1-dimethyl piperidinium chloride,DPC)和一氧化氮供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)后根际土壤酶活性及细菌群落的变化,探讨与棉花幼苗生长相关的根际生物学指标。【方法】采用陆地棉品系A201进行穴盘育苗试验。于棉花1叶1心期分别在叶片均匀涂抹50 mg·L^(-1)DPC、500μmol·L^(-1)SNP,以涂抹去离子水为对照。于3叶1心期取根际土壤分析蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性,采用16S rRNA测序技术分析根际细菌多样性。【结果】DPC和SNP处理显著促进棉花根系生长,显著提高茎粗和植株干物质质量。DPC处理显著提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性,SNP处理显著提高土壤蔗糖酶活性但显著降低脲酶的活性,但是DPC和SNP处理均未显著影响过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性。DPC处理显著提高髌骨菌门(Patescibacteria)的相对丰度和土壤细菌群落的辛普森多样性指数(Simpson's diversity index),显著降低了绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度以及土壤细菌群落的香农-维纳多样性指数(Shannon Wiener’s diversity index)。冗余分析显示,DPC处理组的酵母菌科(Saccharimonadaceae)、TM7a属细菌的相对丰度比SNP处理组和对照组高;SNP处理组的纤维弧菌属(Cellvibrionaceae)细菌相对丰度高于DPC处理组和对照组;DPC和SNP处理组的根瘤菌科(Rhizobiaceae)细菌的相对丰度高于对照组,硝化螺旋菌科(Nitrospiraceae)和硝化螺旋菌属(Nitrospira)细菌的相对丰度低于对照组。脲酶活性与酵母菌科、TM7a属细菌的相对丰度呈显著正相关关系。【结论】DPC和SNP能够促进棉花幼苗根系及植株生长,并影响棉苗根际的土壤酶活性及细菌群落结构。

根际生防菌群的应用及其防病增效的潜在机制

开发与应用根际生防微生物制剂,是一种环境友好的植物病害防控策略。根际生防微生物在寄主植物和土壤中的定殖量不足与抑制病原物生长的效率不高,限制了其防病功能的发挥。目前,相当数量的研究结果证实,根际生防菌群能够改善根际生防微生物的防病效果。综述了应用根际生防菌群防治植物病害的现状与根际生防菌群通过微生物的种间互作调控定殖、抑菌与诱导抗性增强防病效果的潜在机制,讨论了根际生防微生物的生长、生物膜形成、运动性、资源竞争能力以及抑菌化合物的生物合成与根际生防菌群提升防病功能的关系,并对未来根际生防菌群的研究方向及其构建与应用效率的提升策略进行了展望,指出了进一步深化根际生防菌群的增效机制研究应关注的科学问题,强调了通过简化根际微生物组构建根际生防菌群的策略与根际生防菌群和单一生防微生物菌株搭配应用的重要性。

山东高优苹果园土壤细菌多样性特征分析

探索高优苹果园根际土壤菌群特点,为改善果园土肥环境进而提高苹果产量和品质提供参考。采用16SrRNA高通量测序技术,分析比较了沂水、蒙阴及曲阜三地高优/低产苹果园根际土壤样品中细菌菌群多样性及果实品质。结果表明,高优果园的产量及单果质量、可溶性固形物含量及糖酸比等果品品质综合指标均明显优于其低产果园的。高优果园的土壤细菌种群数量、群落构成等明显优于其低产果园土壤的,其中,放线菌门及放线菌纲、绿弯菌门等相对丰度均降低,而变形菌门、酸杆菌门以及α-变形菌纲、γ-变形菌纲的相对丰度增高。三地高优果园相比,曲阜和沂水果园苹果果实的可溶性固形物含量和糖酸比均显著高于蒙阴果园,而蒙阴果园产量及果实果形指数明显大于沂水和曲阜果园。沂水和曲阜果园土壤中的细菌优势种群数量和均匀度均明显高于蒙阴果园,沂水和曲阜高优果园根际土壤细菌相对丰度与土壤酶活性和果实品质呈正相关。总之,高优果园土壤中菌落种群和构成更为优化稳定,细菌种群更加丰富,促进根吸收养分能力增强,果实品质和产量提高。

基于高肥力设施土壤蔡-18菌液替代化肥对黄瓜生长与土壤生态的影响

为改善设施蔬菜土壤生态,推动化肥零增长计划实施。在土壤速效氮、磷、钾分别为283.55,574.05,1161.3 mg/kg,有机质54.9 g/kg的高肥力日光温室中设置追施水溶性化肥(WSF)、蔡-18菌发酵液(Cai-18)和不施肥(CK)3种施肥处理,采用Miseq高通量技术、气相色谱-质谱(GC-MS)测定法、顶空固相微萃取-气质联用(HS-SPME-GCMS)分析方法测定3种施肥方式对黄瓜产量和品质、根区土壤养分含量、根际土壤微生物群落结构的影响。结果表明,WSF和Cai-18处理显著提高黄瓜产量,比CK分别增产6.21%和6.59%,Cai-18处理的氮、磷、钾用量比WSF处理分别减少93.48%,95.44%,98.63%,但两者产量差异不显著。Cai-18处理增加黄瓜酯类香气物质的种类和相对含量,提高果实的风味;WSF和Cai-18处理在黄瓜质地和可溶性糖含量差异不大,但二者果实的可溶性糖含量显著高于CK。Cai-18处理根际土壤细菌的97%相似水平下OTU分组数、菌种丰富度指数Chao-1和菌种多样性指数Shannon大于其他2种处理,而其真菌的OTU数和Shannon指数小于其他2种处理,但均没有达到显著差异。在菌群数量结构上,与WSF处理相比,Cai-18处理改善了根际土壤细菌和真菌菌群数量结构的均衡性;与CK相比,Cai-18处理根际土壤的细菌菌群数量结构均衡性更好,但真菌菌群数量结构均衡性较CK差。黄瓜拉秧后,Cai-18处理土壤速效钾含量比WSF处理降低了140.85 mg/kg(P<0.05),但2种处理的有机质、水解氮和有效磷含量差异不显著;CK处理的速效钾、有效磷含量显著低于前2种处理。在肥力高的土壤上施用蔡-18菌发酵液可以改善根际土壤微生物生态环境,缓解过量施肥导致的根层土壤养分失衡问题,提高黄瓜产量和品质。

设施甜瓜与根际土壤对生物菌液替代化肥的响应

以3个厚皮甜瓜品种为试材,采用传统追施水溶性化肥(T1)和追施生物菌液(T2)2种施肥方法,研究高肥力土壤(速效养分超标)用生物菌液完全替代化肥对根际土壤生态和甜瓜生长、产量、品质的影响,以期为设施果蔬化肥减量提供参考依据。结果表明:270 L·hm^(-2)生物菌液(T2)替代180 kg·hm^(-2)化肥(T1),T2与T1相比,氮、钾投入量分别减少73.7%、97.8%,磷增加31.4%,根际土壤养分含量无显著差异。在微生物多样性上,细菌菌群T2>T1,但差异不显著,真菌菌群T1显著大于T2。在微生物组成上,T2有46种属水平的细菌菌群含量大于T1,后者有185个属水平的真菌菌群大于前者。2种施肥处理甜瓜产量和可溶性固形物含量均无显著差异。因此,在高肥力设施土壤可用生物菌液替代化肥实现氮、钾化肥减量增效。

牡丹连作障碍成因及防治措施研究进展

牡丹是我国传统名花,兼具观赏、药用和油用价值,但连作障碍导致其产量和品质下降,从而严重制约产业可持续发展。究其成因,牡丹根系分泌物的自毒作用、土传病原菌的积累,根际微生物种群结构失衡及土壤理化性质的破坏均可造成牡丹连作障碍的发生。目前牡丹连作障碍的防治措施主要包含间作、土壤灭菌及使用化学农药等防治措施,但这些措施存在成本高、操作困难、效果不稳定及不可持续等缺点。因此,需进一步解析连作条件下牡丹-根系分泌物-土壤-微生物之间的互作机制,以明晰牡丹连作障碍成因,并在此基础上,利用根际生防菌群技术为修复牡丹连作障碍提供新途径,为保障和促进牡丹产业的可持续发展提供参考依据。