不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响.pdf

新疆农业科学():./.不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响王丹丹李 燕张庆银李世东庞永超马琨芝马 龙牛瑞生钟增明齐连芬师建华(石家庄市农林科学研究院石家庄.中国农业科学院植物保护研究所北京.高邑县农业执法大队河北高邑.高邑县农业技术推广中心河北高邑.北京启高生物科技有限公司北京)摘 要:【目的】评估不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响为改善土壤微生物多样性、增加番茄产量提供理论依据与参考【方法】以水果型番茄农博粉 为试材采用高通量测序技术研究放线菌()、枯草芽孢杆菌()、哈茨木霉菌()种微生物菌处理以不施用微生物菌对照()进行番茄土壤微生物多样性及与环境相关性的影响【结果】哈茨木霉()处理的土壤中细菌含量最高放线菌()处理的土壤中真菌含量最高、的细菌和真菌的比例均大于对照土壤微生物呈现“细菌化”多样性显示和 的细菌种类多于、的真菌种类均少于 处理的细菌 和 指数均低于和 处理的细菌 和 指数均高于 种微生物菌处理的真菌 和 指数均高于 对照、放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉 个处理间存在差异相同处理间存在较强的一致性和 微生物菌处理的细菌和真菌多样性较为相似 细菌中、为优势细菌属 真菌中(镰刀菌属)、(未分类毛壳菌科)、(被孢霉属)为优势真菌属镰刀菌属()在 个不同处理中相对丰度最高 细菌和真菌中叶宽与微生物群落分布间的相关性均最小叶长、株高、茎粗和产量与微生物群落分布间的相关性高放线菌和哈茨木霉对番茄土壤微生物的影响相对较大叶长、叶宽、茎粗与放线菌的相关性最高产量与哈茨木霉的相关性最高【结论】不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性影响不同但放线菌和哈茨木霉对番茄土壤微生物的影响相对较大叶长、叶宽、茎粗与放线菌的相关性最高哈茨木霉与产量的相关性最高关键词:微生物菌番茄高通量测序微生物多样性中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期():基金项目:河北省重点研发计划项目()作者简介:王丹丹()女河北献县人农艺师硕士研究方向为设施蔬菜栽培与生理().通信作者:齐连芬()女河北任丘人推广研究员硕士研究方向为设施蔬菜栽培与生理().师建华()女河北井陉人正高级农艺师研究方向为设施蔬菜栽培与生理().引 言【研究意义】番茄是世界范围内栽培面积最广的蔬菜作物之一 连作种植土壤连作会造成番茄产量下降、品质不佳、生长状况变差、土传病害严重等 研究不同微生物菌处理对番茄土壤微生物的影响对改善土壤微生物多样性、提高产量有实际意义【前人研究进展】马云华等、孙艳艳等研究表明随着黄瓜、番茄连作茬次的增加根际土壤微生物由细菌型向真菌型过渡而与细菌相比真菌的繁殖不需要活体细胞提供营养因此其传播途径更广、速度更快对植株产生的危害也就更严重 通过改良土壤、调整土壤微生态环境可以明显改善土壤连作障碍造成的一系列问题 土壤微生物是土壤中肉眼看不到的细小生物的总称是土壤不可或缺的重要组成部分土壤微生物群落的组成和多样性会影响番茄的生长、产量、土传病害发生的程度等 第 期王丹丹等:不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响微生物可提高土壤酶的活性、增加土壤微生物的复杂性、改善土壤的抗逆能力近年来常被用于改 良 土 壤 微 生 态 环 境 及 防 治 土 传 病 害 问题 目前放线菌已在番茄、甜瓜、辣椒、茄子得到应用 枯草芽 孢 杆 菌 已 在 番茄、黄瓜、枸杞等上应用哈茨木霉菌已在茄子、马铃薯、苹果上应用【本研究切入点】微生物菌处理对番茄土壤微生物群落影响的研究已有较多报道但多种微生物菌处理连作番茄土壤对土壤微生物群落多样性及与番茄生长相关性的分析较少 需评估不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响【拟解决的关键问题】研究放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌 种微生物菌剂处理连作栽培番茄土壤微生物多样性、与番茄生长相关性筛选适宜的微生物菌剂为促进土壤生态修复、改善番茄根系环境提供理论依据 材料与方法 材 料试验在石家庄市农林科学研究院赵县 号温室进行 试验温室肥力中等地力均匀水利条件良好供试番茄品种为农博粉 由石家庄市农林科学研究院提供穴盘苗由河北省石家庄市高邑鄗丰种苗公司代育放线菌(密旋链霉菌及娄彻氏链霉菌活性孢子)购自陕西博秦生物工程有限公司有效活菌数 /枯草芽孢杆菌由中国农业科学院北京启高生物科技有限公司联合研发有效活菌数 /哈茨木霉由中国农业科学院植物保护研究所研制、海南金雨丰生物工程有限公司出品有效活菌数 /大量元素水溶肥(为 )由四川农业大学研制、四川爱隆植物营养科技有限公司生产 方 法 试验设计设置 个处理 对照为常规施肥(冲施大量元素水溶肥)为常规施肥 放线菌、为常规施肥 枯草芽孢杆菌、为常规施肥 哈茨木霉 种菌剂施用量依菌剂活性而定均于定植前撒施于栽培垄内 每个处理 次重复随机区组排列共 个小区小区面积 行距为大小行 株距 年 月 日定植单秆整枝每株留 穗果 年 月 日拉秧 土壤样品采集于番茄的拉秧期采集根围土壤样品(根围)采用五点取样法进行采样 将采集的土壤样品置于无菌自封袋低温(干冰)保存并运送至实验室然后存储于 超低温冰箱保存用于微生物多样性测定 测定指标土壤微生物多样性:可以根据不同的相似度水平对所有序列进行 划分每个 对应于一种代表序列 该方法能提高测序分析的准确性 将采集的土壤样品送至深圳微科盟科技集团有限公司采用 测序技术进行测定对细菌的 基因和真菌 基因扩增及测序通过 拼接、过滤、去嵌合体等数据预处理 对有效数据进行操作分类单元()聚类进行物种注释及丰度分析并进行 多样性分析、多样性分析和显著物种差异分析等株高:用卷尺测量植株最下部到最上部的距离 茎粗:游标卡尺测量最上面一穗花的下部茎的粗度 叶长、叶宽:直尺测量成熟叶片的最大叶长和叶宽 产量:电子秤称重测量 数据处理用 软件构建 样本聚类树 采用 进行统计分析和方差分析用 进行绘图 软件估算相对丰度差异 结果与分析 土壤微生物数量研究表明处理的细菌含量最多为 /显著高于对照和 的细菌含量最少 的真菌含量最高为 /与对照和 间无显著差异但显著高于 除处理外其他处理的细菌和真菌比例均大于对照 表 聚类分析研究表明 个处理的细菌共有的 为 个、的 分别为 、个和 的细菌种类多于而 的细菌种类少于 是由于 和 的微生物菌里含有糖类、蛋白质等易被细菌利用的新新疆疆农农业业科科学学第 卷物质利于细菌繁殖 真菌共有的 为 个、的 分别为、个微生物菌处理的真菌种类均少于对照 图 不同微生物菌处理对番茄土壤微生物 多样性的影响研究表明处理的 和 指数均低于对照和 处理的 和 指数均高于对照放线菌和哈茨木霉的施用可以增加土壤微生物的丰富度和均匀度而枯草芽孢杆菌的施用未增加土壤微生物丰富度和均匀度 放线菌和哈茨木霉的施用均能提高土壤细菌群落的多样性 图 表 土壤中的微生物数量 处理细菌(/)真菌(/)细菌/真菌/注:同列字母不同表示处理间差异显著():图 土壤中细菌和真菌的 分布 图 细菌 ()和 ()指数变化 ()()放线菌、枯草芽孢杆菌和哈茨木霉处理后的 和 指数均高于对照放线菌、枯草芽孢杆菌和哈茨木霉处理均提高土壤中真菌群落的多样性 图 第 期王丹丹等:不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响图 真菌 ()和 ()指数变化 ()()不同微生物菌处理对番茄土壤微生物 多样性的影响研究表明对照、放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉 个处理中 个重复的微生物菌群均能聚于一个区域各个处理明显分开不同处理细菌间存在差异相同处理间存在较强的一致性 对每个处理 次重复取均值和 首先聚为一类然后和 聚为一类最后和 聚为一类和 微生物菌处理的细菌多样性较为相似、与微生物菌处理的细菌多样性相似性较差 图图 图 细菌 分析 图 细菌属水平聚类热图 各个样本在图中的分布较为分散 个处理间的区分度较差不同处理之间的真菌多样性的差异较小 和 首先聚为一类和 聚为一类最后两类聚为一类 和 微生物菌处理的真菌多样性较为相似 图 图 新新疆疆农农业业科科学学第 卷图 真菌 分析 图 真菌属水平聚类热图 不同微生物菌处理后番茄土壤微生物群落组成研究表明细菌中、为优势细菌属图 真菌中(镰刀菌属)、(未分类毛壳菌科)、(被孢霉属)为优势真菌属 个不同处理均是镰刀菌属()的相对丰度最高分别为 、其次均为未分类毛壳菌科 相对丰度分别为、图 与环境因子的 分析研究表明细菌和真菌的 个重复点距离较近重复性好类群组成相似且 值均小于 微生物群落变异的解释方差极显著 主成分、对细菌群落差异的解释贡献率值分别为 和 对细菌群落差异的解释贡献率值分别为 和 细菌和真菌的 分析中叶宽的箭头均最短叶宽与微生物群落分布间的相关性最小叶长、株高、茎粗和产量与微生物群落分布间的相关性高细菌分析中叶长和株高间夹角为锐角叶长和株高间的相关性高而两者与产量间的相关性低真菌分析中叶长与叶宽、株高、茎粗间的夹角都为锐角叶长与这三者间的相关性高与产量间的相关性低 叶长和株高处于 象限内这两者与 的相关性最高茎粗与 的相关性高产量与 的相关性高真菌分析中株高同样与 的相关性高叶长、叶宽、茎粗与 的相关性高产量与 的相关性高 图 第 期王丹丹等:不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响图 土壤微生物群落在属水平上的相对丰度 图 样品与环境因子 讨 论 微生物菌处理土壤是当前农业生产中常用的提高土壤有益微生物种群多样性、复杂性抑制病原菌繁殖很有效的一项农艺措施 目前放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌已在多种作物上得到很好的应用 放线菌是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强大的原核生物放线菌中的链霉菌分泌的某些物质对丛枝菌根真菌的孢子萌发和菌丝生长有促进作用而丛枝菌根真菌分泌的某些物质又能使有益微生物的活性提高 进而改善土壤微生物群落结构多样性 枯草芽孢杆菌是土壤生态系统中较为常见的根际促生细菌具有良好的促生、防病及改善土壤微生态群落的作用 邓开英等研究表明木霉属真菌可以在根区占领根部空间改变土壤中微生物群落组成和功能多样性可以防治西瓜土传病害、诱导产生系统抗性、促进生长等作用 研究比较了放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉 种微生物菌处理对番茄栽培土壤中的微生物数量的影响结果显示哈茨木霉处理的土壤中细菌含量最高放线菌处理的土壤中真菌含量最高、的细菌和真菌的比例均大于对照土壤微生物呈现“细菌化”细菌和真菌是土壤微生物重要组成部分能促进土壤有机质的分解和养分的转化其数量和比例变化能够较为敏感地反映土壤环境改变带来的影响、决定土壤功能多样性 施用微生物菌可以使土壤中细菌含量上升真菌含量降低土壤微生物由“真菌型”转变为“细菌型”土壤微生态趋于平衡控制土传病害 马慧媛等、李凤霞等研究表明微生物菌剂的施用可以增加土壤中细菌和真菌的数量土壤呈现细菌化状态与研究结果一致 但是微生物数量指标不能很明确的反映不同微生物菌处理直接的差异 高通量测序技术能够准确测出微生物的序列在研究土壤微生物群落结构的复杂性和功能多样性等方面被越来越多地采用 研究结果表明和 的细菌种类多于、的真菌种类均少于 处理的细菌 和新新疆疆农农业业科科学学第 卷 指数均低于 和 处理的细菌 和 指数均高于 种微生物菌处理的真菌 和 指数均高于 放线菌和哈茨木霉菌处理后可以提高土壤微生物群落多样性 细菌 分析的结果显示对照、放线菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉 个处理中 个重复的微生物菌群均能聚于一个区域不同处理细菌间存在差异相同处理间存在较强的一致性属水平上的聚类热图分析显示和 首先聚为一类然后和 聚为一类最后和 聚为一类和 微生物菌处理的细菌多样性较为相似 真菌 分析和属水平聚类热图分析结果说明和 微生物菌处理的真菌多样性较为相似 分析发现细菌中、为优势细菌属除其他()外、中 的相对丰度均最高中芽孢杆菌属的相对丰度最高 真菌中 (镰刀菌属)、(未分类毛壳菌科)、(被孢霉属)为优势真菌属镰刀菌属()在 个不同处理中相对丰度最高镰刀菌是一种植物病原真菌广泛存在于自然界中镰刀菌是一种重要的植物病原真菌可造成番茄、黄瓜、苜蓿等多个器官多个组织的腐烂 其中致病性尖孢镰刀菌侵染引起的植物枯萎病是一种土传真菌病害危害严重 不同微生物菌处理与环境因子 分析结果表明细菌和真菌的微生物群落变异的解释方差极显著 细菌和真菌中叶宽与微生物群落分布间的相关性均最小叶长、株高、茎粗和产量与微生物群落分布间的相关性高叶长和株高间的相关性高而两者与产量间的相关性低真菌分析中叶长与叶宽、株高、茎粗三者间的相关性高与产量间的相关性低 细菌分析中叶长和株高与 的相关性最高茎粗与 的相关性高产量与 的相关性高真菌分析中株高同样与 的相关性高叶长、叶宽、茎粗与 的相关性高产量与的相关性高 微生物菌剂通过多种作用机制可促长增产研究结果与其一致 结 论哈茨木霉处理的土壤中细菌含量最高放线菌处理的土壤中真菌含量最高放线菌和哈茨木霉处理的土壤中细菌和真菌的比例均大于对照土壤微生物呈现“细菌化”放线菌和哈茨木霉微生物菌处理的细菌和真菌多样性较为相似 镰刀菌属在 个不同处理中相对丰度最高易引发番茄发生枯萎病危害严重 放线菌和哈茨木霉对番茄土壤微生物的影响相对较大叶长、叶宽、茎粗与放线菌的相关性最高哈茨木霉与产量的相关性最高参考文献()王丹丹 基于实时生长量的日光温室袋培番茄灌溉模型研究 沈阳:沈阳农业大学 :张光星 番茄无公害生产技术 北京:中国农业出版社:王丹丹张庆银李燕等.日光温室袋培番茄氮、磷、钾、钙、镁营养吸收分配规律研究 河北农业大学学报():.():.王丹丹 田国英 张庆银 等 不同腐熟剂处理后番茄秸秆和土壤配比对番茄产量的影响 河北农业大学学报():():马云华 魏珉 王秀峰 日光温室连作黄瓜根区微生物区系及酶活性的变化 应用生态学报():():孙艳艳 蒋桂英 刘建国 等 加工番茄连作对农田土壤酶活性及微生物区系的影响 生态学报 ():():高游慧 郑泽慧 张越 等 根际微生态防治作物土传真菌病害的机制研究进展 中国农业大学学报 ():第 期王丹丹等:不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响 ():唐小付 刘岳飞 张传进 等 设施甜瓜种植年限对土壤生物学特性和细菌多样性的影响 热带作物学报 ():():林先贵胡君利 土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能 土壤学报 ():():张凡 日光温室黄瓜连作土壤和基质微生物多样性与有机质组分关系研究 沈阳:沈阳农业大学 :韩雪潘凯吴凤芝 不同抗性黄瓜品种根系分泌物对枯萎病病原菌的影响 中国蔬菜():():庞师婵 郭霜 任奎瑜 等 番茄/茄子嫁接对其根际土壤生物学性状及细菌群落结构的影响 园艺学报 ():/():():():王光飞 高晓东 马艳等 生物有机类复合调理剂在设施叶菜障碍土壤上的应用效果 中国土壤与肥料():():赖宝春 姚锦爱 戴瑞卿等 株拮抗放线菌复合防治番茄青枯病的研究 中国生物防治学报():():王迪 徐慧春 杜志强 等 生防放线菌 对棚室连作甜瓜根域微生物的调整效应 黑龙江农业科学():():宁楚涵 李文彬 张晨 等 丛枝菌根真菌与放线菌对辣椒和茄子的促生防病效应 应用生态学报 ():():乔俊卿 张心宁 梁雪杰等 枯草芽孢杆菌 诱导番茄对灰霉病的系统抗性 中国生物防治学报():():张晓云 李宝庆 郭庆港等 枯草芽孢杆菌 抑菌蛋白对黄瓜白粉病的防治作用 中国生物防治学报():():何嘉 马婷慧 白小军等 微生物菌剂对枸杞生长发育、产量品质及土壤养分的影响 江苏农业科学 ():():马慧媛 黄媛媛 刘胜尧 等 微生物菌剂施用对设施茄子根际土壤养分和细菌群落多样性的影响 微生物学通报():():赵远征 王东 徐利敏等 不同微生物菌剂对马铃薯黑痣病的田间防效比较 中国植保导刊 ():():新新疆疆农农业业科科学学第 卷 周芳 马新远 成金豪等 不同微生物菌剂对苹果幼树白绢病的影响研究 上海蔬菜():():周晨 张绍武 陈伟 微生物分类单元聚类算法比较研究 北京生物医学工程 ():():.:():胡亚杰 韦建玉 卢健 等 枯草芽孢杆菌在农作物生产上的应用研究进展 作物研究():():邓开英 凌宁 张鹏 等 专用生物有机肥对营养钵西瓜苗生长和根际微生物区系的影响 南京农业大学学报():():():李凤霞 赵营 氮肥减量配施微生物菌剂对灌淤土花椰菜产量及土壤微生物的影响 水土保持研究 ():():任天志 持续农业中的土壤生物指标研究 中国农业科学 ():():辛冰牧 刘亚 朱德斌 等 应用 高通量测序技术分析活性银离子处理饮用水微生物多样性 载人航天 ():():张斌 杨晓云 陈志谊 番茄枯萎病致病镰刀菌种类鉴定及优势种群的研究 植物病理学报():():王芳 王晓倩 王莹 等 种杀菌剂对黄瓜尖孢镰刀菌的毒力测定试验 中国农学通报 ():():王泽楠 尖孢镰刀菌对不同紫花苜蓿品种生长和营养品质的影响 兰州:兰州大学 :刘新月李凡陈海如等 致病性尖孢镰刀菌生物防治研究进展 云南大学学报(自然科学版)():():李伟 王金亭 枯草芽孢杆菌与解磷细菌对苹果园土壤特性及果实品质的影响 江苏农业科学 ():():第 期王丹丹等:不同微生物菌处理对番茄土壤微生物多样性的影响 (.):【】【】()()()()【】【】:():()()()()