连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜生长的影响

摘要

设施蔬菜生产因其高产、高效等优点而得到广泛的应用。与此同时，农民受到种植习惯以及对效益追求的影响，作物种植种类较单一，但随着种植年限的延长，连作障碍现象已严重制约了蔬菜产业的可持续发展。目前，土壤微生物被认为是连作障碍的主要影响因子。前人研究发现，连作及轮作种植模式改变了土壤微生物群落结构与丰度，且在轮作种植模式下提高了作物产量。但连作及轮作种植模式下不同微生物菌群对作物生长的反馈作用尚不清楚。
　　为此，本试验在已有研究的基础上，研究了连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜生长的反馈作用，利用Miseq测序技术研究了连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜土壤细菌、真菌菌群群落结构的影响，利用qPCR技术分析了连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜土壤中的功能微生物菌群假单胞菌、芽孢杆菌的菌群丰度。探讨土壤微生物菌群的变化是否在黄瓜幼苗生长中起作用。所得主要结果如下:
　　(1)与连作土壤相比，轮作土壤细菌提高了酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、酸杆菌纲、δ-变形菌纲、鞘脂杆菌纲、鞘脂杆菌目、黏球菌目、假单胞菌目、假单胞菌科、假单胞菌属的丰度，降低了放线菌门、放线菌纲、γ-变形菌纲、α-变形菌纲、梭菌纲、芽单胞菌纲、梭菌科、链霉菌属的丰度。与连作土壤相比，轮作土壤真菌降低了子囊菌门、座囊菌纲、粪壳菌纲、煤炱目、肉座菌目、粪壳菌目的丰度，提高了盘菌纲、盘菌目、散囊菌纲、伞菌目、粪锈伞科的丰度。
　　(2)土壤灭菌试验结果表明，轮作与连作中黄瓜幼苗的全株、地上部、地下部鲜干重、总叶面积和总叶绿素含量产生差异的量大于灭菌轮作与灭菌连作产生差异的量。说明轮作与连作土壤中影响黄瓜生长的主要因素是土壤微生物。
　　(3)植物-土壤反馈试验结果表明，取样各个时期，接种轮作及连作土壤处理的黄瓜幼苗全株、地上部、地下部鲜干重、土壤脱氢酶、蔗糖酶、中性磷酸酶、脲酶活性均高于接种灭菌连作及轮作土壤处理，10d时，接种轮作土壤处理的黄瓜幼苗全株、地上部鲜干重、土壤蔗糖酶活性均高于接种连作土壤处理，说明在黄瓜生长前期连作及轮作土壤微生物菌群促进了黄瓜生长，表现为正反馈作用，且轮作土壤微生物菌群正反馈作用大于连作土壤微生物菌群。
　　(4) qPCR结果表明，接种连作及轮作土壤微生物菌群后，黄瓜土壤的细菌、真菌、假单胞菌及芽孢杆菌的数量均发生了显著变化。接种连作及轮作土壤处理增加了土壤中细菌、真菌、假单胞菌及芽孢杆菌的数量，处理后的各时期，与接种连作土壤相比，接种轮作土壤处理的假单胞菌数量高于接种连作土壤处理。接种轮作土壤处理的真菌数量低于接种连作土壤处理。说明采用连作及轮作种植模式后，不同的土壤微生物菌群均可以提高黄瓜根际的菌群数量，且轮作土壤微生物菌群对土壤假单胞菌及土壤真菌数量的影响程度大于连作土壤微生物菌群。
　　(5) Miseq测序结果表明，连作及轮作土壤微生物菌群改变了黄瓜土壤细菌和真菌群落结构，与接种连作土壤处理相比，接种轮作土壤处理中细菌提高了放线菌门、绿弯菌门、变形菌门、放线菌纲、α-变形菌纲、根瘤菌目、鞘脂单胞菌目、假单胞菌目、鞘脂单胞菌科、假单胞菌科、鞘脂单胞菌属、假单胞菌属、链霉菌属的丰度，降低了拟杆菌门、芽单胞菌门、鞘脂杆菌纲、芽单胞菌纲、δ-变形菌纲、鞘脂杆菌目、黏球菌目的丰度。接种轮作处理中真菌提高了座囊菌纲、散囊菌纲的丰度，降低了粪壳菌纲、粪壳菌目的丰度。
　　(6)添加杀菌剂试验结果表明，轮作土壤中分别添加杀真菌剂与杀细菌剂处理均降低了黄瓜幼苗的全株、地上和地下鲜干重。连作土壤中分别添加杀真菌剂与杀细菌剂处理对黄瓜的生长无影响。说明轮作土壤中消除真菌群落与消除细菌群落均对黄瓜生长产生抑制作用，而连作土壤中消除真菌群落与消除细菌群落对黄瓜生长无影响。
　　(7)接种AMF与腐生菌试验结果表明，连作土壤中的AMF和腐生菌添加于连作土壤中均降低了黄瓜幼苗的全株、地上、地下鲜干重，轮作土壤中的AMF和腐生菌添加于轮作土壤中均降低了黄瓜幼苗的全株鲜重、地下鲜重、地下干重。但其降低幅度均为连作大于轮作。说明接种连作及轮作土壤AMF及腐生菌均对黄瓜生长产生负反馈作用。且连作土壤中AMF及腐生菌负反馈作用大于轮作土壤中AMF及腐生菌。
　　综上所述，生长前期，连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜幼苗生长均产生了正反馈作用，并且轮作土壤微生物菌群正反馈作用显著大于连作土壤微生物菌群。生长后期，连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜生长无影响。轮作土壤中单一细菌与真菌菌群对黄瓜生长产生抑制作用，连作及轮作土壤中单一有益与有害微生物菌群对黄瓜生长产生负反馈作用，并且连作大于轮作。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤微生物与作物种植模式

1．2．2 植物-土壤反馈的研究进展

1．2．3 基于微生物学的植物-土壤反馈机制

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验仪器与药品

2．2．1 试验仪器

2．2．2 试验药品

2．3 试验设计

2．3．1 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜生长的影响

2．3．2 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜生长的影晌

2．3．3 添加杀菌剂及接种连作及轮作土壤AMF及腐生菌对黄瓜生长的影响

2．4 测定项目与方法

2．4．1 黄瓜植株干重及鲜重的测定

2．4．2 土样采集

2．4．3 土壤基本理化性质的测定

2．4．4 土壤酶活性的测定

2．4．5 土壤微生物群落丰度的测定

2．4．6 土壤微生物Miseq测序

2．5 数据分析

3 结果与分析

3．1 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜生长的影响

3．1．1 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜幼苗全株鲜重的影响

3．1．2 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜幼苗地上鲜重和地下鲜重的影响

3．1．3 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜幼苗全株干重的影响

3．1．4 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜幼苗地上干重和地下干重的影响

3．1．5 连作及轮作土壤灭菌对黄瓜幼苗总叶面积、叶绿素含量的影响

3．2 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜幼苗生长的影响

3．2．1 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜形态指标的影响

3．2．2 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜幼苗土壤酶活性的影响

3．2．3 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜幼苗土壤基本理化性质的影响

3．2．4 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜幼苗土壤微生物数量的影响

3．2．5 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜根际土壤细菌与真菌类群分布的影响

3．3 添加杀菌剂及接种连作及轮作中AMF及腐生菌对黄瓜生长的影响

3．3．1 连作及轮作土壤添加杀菌剂对黄瓜全株鲜重的影响

3．3．2 连作及轮作土壤添加杀菌剂对黄瓜地上及地下鲜重的影响

3．3．3 连作及轮作土壤添加杀菌剂对黄瓜全株干重的影响

3．3．4 连作及轮作土壤添加杀菌剂对黄瓜地上及地下干重的影响

3．3．5 接种连作及轮作土壤AMF及腐生菌对黄瓜全株鲜重的影响

3．3．6 连作及轮作土壤AMF及腐生菌对黄瓜地上及地下鲜重的影响

3．3．7 连作及轮作土壤中AMF及腐生菌对黄瓜全株干重的影响

3．3．8 连作及轮作土壤中AMF及腐生菌对黄瓜地上及地下干重的影响

4 讨论

4．1 土壤灭菌及接种微生物菌群的试验方法对黄瓜生长的影响

4．2 连作及轮作土壤微生物菌群黄瓜植株干鲜重的影响

4．3 连作及轮作土壤微生物菌群黄瓜土壤酶活性的影响

4．4 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜土壤微生物群落丰度的影响

4．5 连作及轮作土壤微生物菌群对黄瓜土壤细菌和真菌分布的影响

4．6 连作及轮作中AMF对黄瓜生长的影响

4．7 连作及轮作中添加杀菌剂对黄瓜生长的影响

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文