酸性红壤上玉米不同部位固氮微生物群落丰度和组成特征

摘要

[目的]发挥微生物固氮功能可降低农田化学氮肥的投入,对于缓解土壤酸化具有重要意义.固氮微生物广泛存在于植物体的各个部位,了解酸性土壤上作物不同部位固氮微生物群落特征,为挖掘其功能潜力提供数据支撑和理论基础.[方法]选择性状差异较大的耐铝玉米品种先玉335和铝敏感品种Mo17为试验材料,在酸性红壤上种植1个月后,收集玉米地上部、根部和根际土壤样品,分析玉米生物量、养分含量和根际土壤基本理化性质;采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,以nifH基因为标靶,分析不同玉米品种、不同取样部位(叶部、根部和根际土壤)固氮微生物群落的丰度、多样性和结构组成.[结果]先玉335地上和地下生物量显著高于Mo17,但是植株氮、磷浓度和根际土壤pH、铵态氮和速效钾含量却低于Mo17.实时荧光定量PCR结果显示,nifH基因丰度在玉米不同部位间的差异程度明显大于玉米品种间的差异,其中根部丰度显著高于根际土壤和叶部,而且先玉335根部nifH基因丰度要高于Mo17.高通量测序分析显示,变形菌门(Proteobacteria)和蓝藻门(Cyanobacteria)是固氮微生物的优势门,根际土壤和根部的优势菌属是慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium),而叶部优势菌属是细鞘丝藻属(Leptolyngbya),多数优势菌属相对丰度在玉米不同部位间呈现显著差异.取样部位显著影响固氮微生物群落多样性指数(Shannon指数和OTU数量),但同一部位品种间没有明显差异,其中根际多样性指数显著高于根部,两者均高于叶部.非度量多维尺度(NMDS)和PERMANOVA分析显示,取样部位对固氮微生物群落结构组成的影响程度显著高于品种的影响,根际土壤、根部和叶部三者之间的群落组成差异达到显著水平,而品种间仅仅根际土壤样品差异显著.[结论]酸性红壤上,玉米不同部位间的固氮微生物群落丰度、多样性和结构组成差异程度显著高于品种间的差异.根部固氮微生物丰度最高,暗示固氮潜力更大.叶部固氮微生物群落组成显著不同于根际土壤和根部,且有最低的丰度和多样性,这与叶片苛刻的环境条件密切相关.