盐胁迫下氮素对花生种子萌发和种子际细菌菌群结构的调控

【目的】盐胁迫影响花生种子萌发和植株生长,阐明盐胁迫下适量施肥提高种子萌发率和花生产量的内在调控机制,并解析该过程与种子际土壤细菌菌群结构的关系,为通过改良种子际土壤微生物环境,提高花生出苗健苗率、耐盐抗逆性和花生生产能力提供理论和技术依据。【方法】以耐盐花生品种(花育25号,HY25)为试验材料,设置3个氮素水平0、90和180 kg/hm^(2),采用盆栽试验和高通量测序技术,阐明氮肥施用对盐胁迫下花生种子际微生物菌群结构、花生发芽出苗和产量的影响。【结果】施加氮肥可有效提高花生种子在盐胁迫下的发芽率和最终产量,并以施氮量90 kg/hm^(2)最适。16S rRNA测序分析显示,种子际的土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)及芽孢杆菌门(Gemmatimonadetes)等为优势菌门。在属水平上,盐胁迫虽然提高了有益菌属拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度,但同时导致有害的链球菌属(Streptococcus)增多,最终降低了有益菌属芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)和溶杆菌属(Lysobacter)的相对丰度。盐胁迫下施氮可以显著改善种子际的土壤微环境,提高有益菌属拟杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属的相对丰度,对土壤修复和地力提升有一定的帮助,同时还能增强花生抗逆性。【结论】盐胁迫下适量施氮可提高种子际有益菌属的相对丰度,从而提高花生种子的发芽率和耐盐性,最终促进盐胁迫下的花生增产。

植物种子际微生态学研究进展

种子际(Spermosphere)是植物微生态系统的重要组成部分,在种子萌发的短暂时间内富于微生物群落的形成和功能的瞬时演替特性。萌发种子分泌物的瞬时演替释放对种子际固有和接种微生物的群落多样性、增殖和活性具有调控作用;种子际微生物的趋化性对于微生物的定殖和对病原菌的拮抗能力以及生物防治效果有重要影响;在种子际微生态学研究中,应注意把握种子际分泌物释放的短暂时间框架和测试条件的统一性;将微生物传统培养方法和非培养方法相结合,该领域的深入研究将为根际微生物的起源以及有益微生物接种剂的合理应用提出新的见解和科学依据。

盐碱土类型对花生种子萌发过程中种子际土壤菌群结构的影响

本研究以不同含盐量的滨海盐土、内陆盐碱土和中等肥力非盐碱土壤为实验对象,探讨花生种子在吸水膨胀与萌发过程中,不同类型盐碱土对种子际土壤微生物多样性变化的影响。本实验对不同土壤样品中细菌的16SrRNA基因的V3-V4区进行PCR扩增;利用高通量测序的方法对12份V3-V4高变区PCR产物进行测序,并对测序数据进行生物信息学分析。结果显示:(1)东营青坨滨海盐土种子际土壤细菌群落多样性大于聊城高唐内陆盐碱土花生种子际土壤细菌群落多样性。(2)不同类型土壤样本微生物群落结构在纲水平存在明显差异。4种土壤中的种子际细菌共分属于6个菌纲,分别为Proteobacteria、Actinobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Firmicutes菌纲,并均以Proteobacteria和Actinobacteria菌纲为主要菌纲。全样本菌落结构分析结果表明,4种类型土壤中不同吸胀时间内种子际微生物菌落在门、属水平上的类型和丰度差异最为显著(p<0.05)。(3)beta多样性分析和各样本遗传距离(phylogenetic distances)聚类树图分析表明,4个土壤类型的12个土壤样本种子际土壤中微生物群落均可聚为2大类。上述研究结果为盐碱地花生保全苗、促早发提供了重要的理论依据。

钙肥对酸性红壤花生种子萌发及种子际微生物菌群结构的调控

红壤因酸度较大且钙素匮乏,严重阻碍种子萌发和植物的形态建成,提高花生出苗、健苗率是酸性红壤花生高效栽培的有效策略之一。钙素营养和种子际土壤微生物对种子萌发均有重要的调控作用,但二者间的内在联系却知之甚少。为揭示钙素营养对花生种子际微生物菌群结构和萌发的潜在影响,以花生品种花育20号(Huayu 20,HY20)为材料,设置不施钙素和外源施钙素盆栽试验,结合菌群高通量测序对花生萌发出苗过程中的种子际微生物菌群结构进行了深度分析。结果表明:各处理种子际样本均以厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势细菌门;子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)为优势真菌门。CaO的施加,使厚壁菌门、拟杆菌门、被孢霉门的相对丰度提高,担子菌门相对丰度降低。另外,钙素营养增加了有益菌芽孢杆菌属(Bacillus)的数量。对细菌功能预测分析结果表明,施用钙素后,与有机物代谢相关的途径(氨基酸转运/代谢、碳水化合物转运等)和抗逆相关的途径(复制重组与修复等)均显著提高,这在一定程度上改善了红壤花生种子的萌发环境。对真菌营养型预测显示,钙素处理提高共生菌群数量的同时,降低了腐生菌群的数量。Redundancy analysis相关性预测分析表明,施钙后土壤细菌和真菌菌群结构与土壤理化因子钙素和pH均呈负相关性,并且土壤钙对种子际土壤微生物的多样性影响大于pH。基于上述研究,酸性红壤施用钙素营养可改善种子际微生物菌群结构,从而促进花生种子萌发。

花榈木种子际促生真菌的分离筛选及鉴定

为分离出具备促生功能的种子际真菌,对来自贵州晴隆、三穗、关岭的野生花榈木种子际土壤真菌进行分离、纯化,针对其溶磷、解钾、固氮、产IAA性能进行筛选,最后进行菌种鉴定。结果表明,3个地点共分离出16株种子际真菌,其中有7株真菌来自关岭、5株真菌来自晴隆、4株真菌来自三穗;对同时具备4种促生功能的真菌鉴定结果为编号SS-1-6、SS-2-3、SS-1-3、QL-3-5、GL-4-1和GL-3-1分别为青霉属(Penicillium sp.)、拟康宁木霉(Trichoderma koningiopsis)、茎霉属(Chaunopycnis sp.)、产黑色素短梗霉(Aureobasidium melanogenum)、菌核青霉(Penicillium sclerotiorum)和被孢霉属(Mortierella sp.)。该结果为进一步研究花榈木种子际微生物多样性提供了依据。

盐胁迫对花生种子际细菌菌群结构的调控

盐胁迫影响种子萌发和植株形态建成,提高盐胁迫下花生种子萌发速率和成苗健苗率是盐碱地花生高产高效栽培的重要环节之一,花生种子际土壤细菌菌群结构与种子萌发关系密切。为揭示盐胁迫对花生种子际微生物菌群结构的影响,以耐盐花生品种(花育25号,HY25)和盐敏感花生品种(花育20号,HY20)为试验材料,采用盆栽实验和高通量测序技术,研究不同耐盐性品种种子萌发吸胀吸水阶段种子际细菌菌群结构的变化。结果表明,种子际土壤细菌群落以变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)及芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等为优势菌门,盐胁迫处理可以不同程度的提高厚壁菌门和放线菌门的相对丰度。在属水平上,盐胁迫可以增加有益菌芽胞杆菌属(Bacillus)的相对丰度,增强盐胁迫下种子存活能力,提高萌发率。细菌功能预测结果显示,信号转导机制、免疫系统和防御机制等相关功能在盐胁迫处理后明显增强,可能是促进花生萌发并增强花生胁迫应答的重要原因之一。种子际优势菌群的鉴定及机理分析可为通过改良种子际土壤微生物环境,提高花生耐盐性和出苗健苗率提供重要的借鉴意义,同时为开发利用盐碱地提供参考。

种子际微生物研究展望

种子际是围绕在种子表面,受到种子萌发影响而使微生物活性增强的狭窄土壤区域。萌发期间的种子和微生物相互影响,对种子萌发和随后的幼苗生长具有促进或抑制作用;同时也通过垂直传播参与植物根际和叶际微生物群落构建,影响植物后续发育及生物/非生物胁迫响应。尽管种子际对于植物生长发育影响很大,但由于种子萌发持续时间短、种子际的空间范围小且微生物量较小,种子际研究要比根际和叶际更为复杂。通过基因组学和多组学联合分析等方法对种子际微生物群落组成进行深入探究,有助于理解植物与土壤生态系统的相互作用和生态过程。该文综述了种子际微生物对种子生物学的影响、种子际微生物与根际和叶际微生物的关系以及相关研究方法,并展望了未来的研究方向。

山东地区盐碱土花生种子际土壤微生物群落结构的研究

【目的】以不同含盐量的滨海盐土、内陆盐碱土和中等肥力非盐碱土壤为实验对象,探讨花生种子在吸水膨胀与萌发过程中,不同类型盐碱土对种子际土壤微生物多样性变化的影响。【方法】采集不同含盐量的滨海盐土、内陆盐碱土和中等肥力非盐碱土壤,通过对各样品中细菌的16S r RNA基因的V3-V4区进行PCR扩增,利用Illumina Hiseq高通量测序技术对12份V3-V4高变区PCR产物进行测序,并对测序数据进行生物信息学分析。【结果】(1)盐碱土壤的种子际细菌群落多样性高于非盐碱土壤,且以东营青坨滨海盐土种子际土壤细菌群落多样性较高。(2)不同类型土壤样本微生物群落结构在纲水平存在明显差异。4种土壤类型种子际土壤细菌共分属于6个菌纲,分别为Proteobacteria、Actinobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Firmicutes菌纲,并均以Proteobacteria和Actinobacteria菌纲为主要菌纲。全样本菌落结构分析结果表明,4种类型土壤中不同吸胀时间内种子际微生物菌落在门、属水平上的类型和丰度差异最为显著(P<0.05)。(3)beta多样性分析和各样本遗传距离(phylogenetic distances)聚类树图分析表明,4个土壤类型的12个土壤样本种子际土壤中微生物群落均可聚为2大类。【结论】土壤含盐量越高其种子际土壤细菌群落多样性较高。不同类型土壤样本微生物群落结构在纲水平存在明显差异,以Proteobacteria和Actinobacteria菌纲为主要菌纲。种子吸胀萌发时间影响种子际微生物菌落在门、属水平上的类型和丰度,但对相同土壤类型样本间遗传距离无影响。

植物种子际微生物研究进展

很多林木种子存在难萌发、天然更新不良的现象,而种子际是直接影响种子萌发的土壤区域,种子际微生物会对天然更新的植物产生有益或有害的影响,并对解释根际微生物群落的建立具有重要的意义。文中主要从种子际微生物多样性、对种子和幼苗生长发育的影响、种子际微生物群落变化的影响因素以及种子际微生物的自身调节行为等4方面来概述种子际微生物研究现状,分析种子际微生物研究中存在的问题,提出未来林木种子际微生物的研究展望,旨在为林木种子建立共生萌发机制及为濒危物种野生居群的生态恢复提供参考。

种子微生物生态学研究进展

植物种子微生物生态学是研究与种子相联合的微生物的组成?功能?演替、它们之间关系及其与宿主之间相互关系的科学。种子中蕴含着丰富的微生物资源,它们对种子以及植物的健康具有重要的影响。不同种类植物种子联合的微生物群落由于受到种子本身及外界环境因素的影响而有所差异。论述了种子微生物生态学的概念、主要研究方法、种子微生物生态系统中的微生物种类、相关影响因素,以及种子微生物生态学研究的发展方向。种子微生物生态学的研究对生产实践有重要意义,同时也将丰富种子生物学的内容,对种子科学的发展起到促进作用。