微生物菌剂配施时期对根际土壤细菌多样性、酶活性及烤烟产量和品质的影响
Effects of Application Period of Microbial Inoculants on Rhizosphere Soil Bacterial Diversity, Enzyme Activity and Yield and Quality of Flue-Cured Tobacco
通讯作者:
收稿日期: 2023-10-23 修回日期: 2024-02-23 网络出版日期: 2024-10-12
基金资助: |
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Received: 2023-10-23 Revised: 2024-02-23 Online: 2024-10-12
作者简介 About authors
张纪利,主要从事烟叶生产技术与品质研究,E-mail:
关键词:
To confirm the period of microbial agent application, this study explored the impact of applying microbial agents at different stages on the soil microbial diversity, enzyme activity, and the yield and quality of flue-cured tobacco. Four treatments were set: application at ridging period (A1), application at transplanting (A2), application at bulk curing stage (A3), and no application (CK). The bacterial community structure under different treatments was sequenced using 16S rDNA. Meanwhile, soil enzyme activity, relevant indicators of flue-cured tobacco production and quality were determined, and field disease conditions were investigated to clarify the relationship among soil, bacteria, and flue-cured tobacco. The results showed that, compared with CK, the application of microbial agents significantly increased the number of Observed species, Shannon index, and Simpson index of observed bacterial communities in the rhizosphere soil. Compared with A1 and A3 treatments, the relative abundance of Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, and Gemmatimonadetes were highest in the rhizosphere soil under A2 treatment. At the same time, the relative abundance of Acidobacteria decreased. The activities of polyphenol oxidase, sucrase, urease, and catalase were highest in the rhizosphere soil, and the incidence rate and disease index of tobacco bacterial wilt were significantly decreased. It could also increase the yield, output value, average price, and the proportion of surperior tobacco. The application of microbial inoculants during transplanting had a notable preventive effect against tobacco bacterial wilt. It also effectively enriched the beneficial bacterial community in the rhizospheric soil, enhanced soil enzyme activity, improved the chemical composition of tobacco leaves, and ultimately increased the economic benefits of tobacco cultivation.
Keywords:
本文引用格式
张纪利, 何敬浩, 韦建玉, 黄崇峻, 王维, 蔡一霞.
Zhang Jili, He Jinghao, Wei Jianyu, Huang Chongjun, Wang Wei, Cai Yixia.
烤烟是我国重要的经济作物之一,同时也是对土壤比较敏感的作物。在烟草种植过程中,长期大量使用化肥和有机肥施用比重较低等问题导致土壤质量下降,进而使烤烟生长发育受阻[1⇓⇓-4],导致烤烟烟叶产量和品质下降[5⇓-7],这是烤烟生产亟待解决的问题。近年来,土壤健康问题备受大众关注,微生物菌剂中的植物根系促生菌(plant growth- promoting rhizobacteria,PGPR)能够有效恢复土壤微生态,提高土壤生物多样性与酶活性[8-9],同时使土壤难溶性矿物养分得到分解和释放,并产生大量植物生长激素,刺激植物生长[10]。黄光祥等[11]研究表明,施用微生物菌剂可以显著降低黑胫病的发病率,还能提升土壤中的生物活性和养分利用率,进而促进烤烟的生长和发育,同时也可增强植株的抗性能力。有关报道[12]称,PGPR在根际土壤中的定殖能力强弱是微生物菌剂在应用中发挥生防和促生效果的关键因素,而根际土壤环境对促生菌的定殖效果影响尤为明显。目前,选择微生物菌剂施用时期主要在起垄期到旺长期,但这一生育阶段烟株根际土壤环境的变化十分明显[13-14]。目前,对微生物菌剂最适宜施用时期相关研究报道甚少。同时对施用微生物菌剂后土壤微生物与烤烟产量和质量之间关系缺少深入的研究。本文以广西百色烟区为例,探究不同时期施用微生物菌剂对烤烟产量和品质的影响,分析土壤微生物群落与烤烟产量和质量之间的关系,为烤烟生产上合理使用微生物菌剂提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况与试验材料
试验于2022年在广西百色靖西同德乡果老村开展,试验地点选择在产区常年土传病害发生较为严重的烟田,前茬作物为水稻。供试烤烟品种为当地的主栽品种K326。微生物菌剂是购于北京恩格兰环境技术有限公司的烟草专用微生物菌剂,有效活菌数≥30.0亿/g,其中解淀粉芽孢杆菌≥15.0亿/g、枯草芽孢杆菌≥5.0亿/g、巨大芽孢杆菌≥2.0亿/g、其他有益抗病菌≥8.0亿/g。烟株移栽前土壤全钾11.49 g/kg、全氮2.58 g/kg、全磷1.65 g/kg、有机质19.11 g/kg、速效钾227.09 mg/kg、速效氮90.60 mg/kg、速效磷14.08 mg/kg、pH 7.03。
1.2 试验设计
设置微生物菌剂施用时期(A)单因素试验。A1:起垄时施用,A2:移栽时施用,A3:团棵期施用,CK:不施用微生物菌剂。各处理微生物菌剂施用量固定为60 kg/hm2。起垄时与有机肥拌匀条施,移栽、团棵期均采用水溶浇施。各处理3次重复,每小区植烟70株。施肥措施及田间管理参照当地主栽大田,并按照精细化烘烤技术要求采烤。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 土壤酶活性
采用五点取样法,在烤烟的成熟期(移栽后90 d)采集每个小区烟株的根际土壤,混匀成一个样品后装入无菌管并于-4 ℃低温保存,用于测定酶活性。使用Solarbio酶活性检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)测定多酚氧化酶、蔗糖酶、过氧化氢酶以及脲酶活性。
1.3.2 土壤微生物多样性
采用五点取样法,在烤烟的成熟期(移栽后90 d)采集每个小区烟株的根际土壤,混匀成一个样品后装入无菌管并于-4 ℃低温保存。使用E.Z.N.A土壤DNA试剂盒(D4015,Omega)按照说明书从新鲜土壤样品中提取DNA。对于土壤中的细菌多样性分析,选择细菌多样性鉴定区域16S V3-V4(前端引物:343F- TACGGRAGGCAGCAG,后端引物:798R-AGGG TATCTAATCCT)进行2轮PCR扩增后得到原始数据;而真菌多样性则选择前端引物:ITS1F-5'-CTTG GTCATTTAGAGGAAGTAA-3';后端引物:ITS2R- 5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'进行2轮扩增得到原始数据。采用Trimmomatic软件对原始序列的两端去杂后,利用FLASH软件进行拼接,再采用Vsearch软件根据序列相似性将序列归为多个OTU分类操作单元,通过QIIME软件挑选出各个OTU的代表序列,并将所有代表序列与数据库进行比对注释。
1.3.3 田间土传病害调查
分别于中部叶成熟期调查每小区青枯病的发病情况,并计算发病率、病情指数及相对防治效果,烤烟土传病害发生情况按照烟草病虫害分级及调查方法(GB/T 23222-2008)[15]进行。
1.3.4 烤后烟叶质量指标
1.3.5 烤后烟叶产量指标
按小区挂牌烘烤,初烤烟叶下秆后,按烤烟分级标准(GB 2635-1992)[16]对烟叶进行分级,依据当地当年烤烟收购价格统计其产量、产值、均价和上等烟比例,单位面积产量和产值由小区数据折算。
1.4 数据处理
2 结果与分析
2.1 不同时期施用微生物菌剂对土壤酶活性的影响
如表1所示,不同时期施用微生物菌剂对多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性均有一定的影响,均表现为CK各种土壤酶活性最低。多酚氧化酶活性A2最高,A1、A2和A3相较于CK分别显著提高了12.42%、17.60%和10.34%;蔗糖酶活性A2最高,A1、A2和A3相较于CK分别显著提高6.84%、16.49%和7.42%;脲酶活性A2最高,A1、A2和A3相较于CK分别显著提高了13.01%、44.32%和19.07%;过氧化氢酶活性A2最高,A1、A2和A3显著高于CK,分别增加了37.60%、68.32%和48.92%;以上结果分析表明,施加微生物菌剂能够提高植烟的土壤酶活性,但不同施用时期对土壤酶的活性影响有一定差异。
表1 微生物菌剂施用时期对土壤酶活性的影响
Table 1
处理Treatment | 多酚氧化酶Polyphenol oxidase | 蔗糖酶Sucrase | 脲酶Urease | 过氧化氢酶Catalase |
---|---|---|---|---|
CK | 17.79±0.12c | 58.22±1.02c | 283.25±2.04d | 15.72±0.30c |
A1 | 20.00±0.21b | 62.20±0.13b | 320.11±1.19c | 21.63±1.16b |
A2 | 20.92±0.12a | 67.82±0.10a | 408.80±0.97a | 26.46±1.12a |
A3 | 19.63±0.18b | 62.54±0.17b | 337.27±1.45b | 23.41±1.15ab |
不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著,下同。
Different lowercase letters indicate significant difference at P < 0.05 level, the same below.
2.2 不同时期施用微生物菌剂对细菌群落Alpha多样性指数的影响
不同时期施用微生物菌剂土壤微生物的Alpha多样性指数分析结果见表2,不同处理根际土壤样品中微生物的物种覆盖度(goods coverage,代表测序深度)均为80%以上,表明样品中的序列绝大多数被测出。A2和A3处理烤烟根际土壤中细菌的物种数显著高于CK和A1;烤烟根际中细菌的Chao1指数以A2最高,其次为A3,两者均显著高于A1和CK;A2处理的土壤细菌香农指数(Shannon)和辛普森指数(Simpson)均最高,并且显著高于其他处理。以上结果表明,在移栽期施加微生物菌剂能够显著提高烤烟根际中细菌微生物的多样性。
表2 微生物菌剂施用时期对细菌群落Alpha多样性指数的分析
Table 2
处理 Treatment | 观测到的物种 Observed species | Chao1指数 Chao1 index | 物种覆盖度 Species coverage | 香农指数 Shannon index | 辛普森指数 Simpson index |
---|---|---|---|---|---|
CK | 3401.50±1.73c | 3602.02±170.87c | 0.93±0.00 | 8.36±0.04c | 0.86±0.01c |
A1 | 3405.27±3.77c | 4105.77±3.75b | 0.98±0.00 | 9.07±0.01b | 0.94±0.01b |
A2 | 3881.33±10.23a | 4625.90±7.41a | 0.98±0.00 | 9.63±0.13a | 0.99±0.01a |
A3 | 3601.73±45.34b | 4414.59±39.11a | 0.98±0.00 | 9.30±0.11b | 0.92±0.02b |
2.3 施用微生物菌剂时期对根际土壤细菌群落结构分布的影响
2.3.1 根际土壤细菌群落的分类与系统发育信息分析
由OTU构建的系统发生进化树(图1)显示,在属水平上丰度排前100的细菌属于变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、埃普西隆杆菌门(Epsilonbacteraeota)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和梭杆菌门(Fusobacteria)。其中CK中有6个差异显著的细菌属,分别是变形菌门中的Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、Lautropia、Ramlibacter、Stenotrophomonas和Thioalkalispira,以及放线菌门中的Arthrobacter;A1处理有8个差异显著的细菌属,分别为变形菌门的Ideonella、Ellin6067、Pseudomonas和Rhodoplanes,放线菌门中的Promicromonospora和Jatrophihabitans,拟杆菌门中的Parafilimonas和Chitinophaga;A2处理有5个差异显著的细菌属,分别为变形菌门Duganella、Sphingopxis和Hyphomicrobium,放线菌门的Mycobacterium,埃普西隆杆菌门的Leptotrichia;A3处理中有4个差异显著的细菌属,分别为变形菌门的Neisseria和Sphaerotilus,以及拟杆菌门的Alloprevotella和Prevotella_7。
图1
图1
烤烟根际土壤细菌群落进化树
Fig.1
Evolutionary tree of soil bacterial communities in the rhizosphere of tobacco plant
2.3.2 对根际土壤细菌群落结构分布的影响
图2为门水平相对丰度排名前15的细菌群落构成情况。门水平相对丰度达到1%以上的优势细菌门有6种,各处理的变形菌门相对丰度均最高,为48.95%⁓ 52.69%,其中A2处理的最高;其次为放线菌门,为10.70%⁓14.56%,其中A2处理的最高;拟杆菌门相对丰度为10.09%⁓12.40%,其中A2处理的最高;厚壁菌门相对丰度为5.20%⁓8.47%,其中A2处理的最高;芽孢单胞菌门相对丰度为5.56%⁓7.26%,其中A2处理的最高;酸杆菌门相对丰度为2.57%⁓ 10.77%,其中CK处理的最高。以上结果证明,施加微生物菌剂以及在不同时期施加微生物菌剂均对烤烟根际土壤细菌群落有较明显的影响。
图2
图2
微生物菌剂施用时期对根际土壤细菌群落结构分布的影响
Fig.2
Effects of the application period of microbial inoculants on the distribution of bacterial community structure in rhizospheric soil
2.3.3 根际土壤细菌群落相对丰度的聚类分析
如图3所示,在门水平下,不同处理聚类为2个大类3个亚类。聚类分析结果所示,CK与变形菌门、硝化螺旋菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、放线菌门、纤维杆菌门和绿弯菌门的细菌相对丰度呈极显著负相关;与梭杆菌门、螺旋菌门、纤维杆菌门、酸杆菌门、髌骨菌门、埃普西隆杆菌门、疣微菌门和其他菌门的细菌相对丰度呈极显著正相关。A2与变形菌门、硝化螺旋菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、放线菌门、纤维菌门和绿弯菌门的细菌相对丰度呈显著正相关;与梭杆菌门的细菌相对丰度呈极显著负相关,并与酸杆菌门、髌骨菌门的细菌相对丰度呈显著负相关。
图3
图3
烤烟根际土壤中门水平排名前10的细菌群落聚类图
Fig.3
Cluster diagram of the top ten bacterial communities in the rhizosphere soil of flue-cured tobacco based on horizontal ordination
2.4 烤烟根际土壤细菌物种之间的相关性分析
如图4所示,通过构建不同处理的土壤细菌共生网络,进而分析不同时期施加微生物菌剂对烤烟根际土壤细菌群落的关联性。细菌共生网络的节点包括11种,分别为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门、疣微菌门、梭杆菌门、暂定菌门和未知菌门。
图2
图2
烤烟根际土壤中属水平关键细菌共生网络图
节点间连线代表其互相的关系:红色线段代表正相关,绿色线段代表负相关。节点颜色代表其隶属的门。
Fig.4
Network diagram of horizontally crucial bacteria symbiosis in flue-cured tobacco rhizosphere soil
The edges connecting nodes represent their relationships: red edges indicate positive correlations, while green edges indicate negative correlations. Node colors represent their respective phyla.
平均度在细菌共生网络中代表了网络中所有节点的平均加权度,而平均聚类系数在细菌共生网络是用于衡量网络中节点之间联系的紧密程度。由图5可知,各处理均形成了独特的细菌共生网络,其中A2处理构成的细菌共生网络最为复杂,其次是A1处理。A2细菌共生网络的平均度为12.750,平均聚类系数为0.736,均最高,边数为204,最多。为量化处理间细菌共生网络的差异性,计算CK、A1、A2和A3网络的共同边和唯一边数,比较得出2个处理的共同边较少,而每个处理都有许多独特的边。CK和A1的网络共享23条边,与A2的网络共享25条边,与A3的网络共享28条边,A1和A2的网络共享68条边,A1和A3共享50条边,A2和A3的网络共享39条边。其中CK网络包含77条正相关的边和64条负相关的边,A1网络包含107条正相关的边和88条负相关的边,A2网络包含107条正相关的边和97条负相关的边,A3网络包含102条正相关网络和97条负相关的边。
图5
图5
烤烟根际土壤细菌群落共生网络拓扑结构相关指标
Fig.5
Topological structure-related indicators of symbiotic network of soil bacterial communities in the rhizosphere of flue-cured tobacco
综上分析可知,A2处理的属水平细菌共生网络最为复杂,其属水平细菌群落间的关联性最为密切,细菌群落间相互影响的作用最强。
2.5 不同时期施用微生物菌剂对烤烟青枯病发病的影响
如表3所示,烟草青枯病发病率和病情指数的变幅分别为19.02%⁓66.91%和11.16%⁓38.27%,施加微生物菌剂的处理发病率和病情指数均显著低于CK,其中A2处理的发病率与病情指数均显著低于A1、A3和CK。相对防治效果的变幅为47.25%⁓70.82%,A2处理的相对防治效果最佳,并且显著高于A1和A3处理。以上结果表明,施加微生物菌剂能抑制烤烟青枯病的发生,其中A2处理对烟草青枯病的防治效果最佳。
表3 微生物菌剂施用时期对青枯病发病情况的影响
Table 3
处理 Treatment | 青枯病Bacterial wilt | ||
---|---|---|---|
发病率 Incidence rate | 病情指数 Disease index | 相对防治效果 Relative control effect | |
CK | 66.91±1.00a | 38.27±1.03a | - |
A1 | 37.96±0.46b | 20.19±1.03b | 47.25±2.69b |
A2 | 19.02±1.24d | 11.16±0.37c | 70.82±0.96a |
A3 | 31.64±0.83c | 19.10±1.67b | 50.08±4.37b |
2.6 不同时期施用微生物菌剂对烤烟化学成分的影响
如表4所示,烤烟总氮含量在1.53%⁓2.13%,其中A2处理总氮含量最高,CK总氮含量最低,A1、A2和A3处理相较于CK分别显著提高21.57%、39.22%和32.03%。各处理钾含量变幅在2.18%⁓2.90%,其中A3处理钾含量最高,A1、A2和A3处理钾含量较CK分别显著提高32.57%、32.11%和33.03%。各处理烟碱含量变幅在1.82%⁓ 2.48%,其中A2处理的烟碱含量最高,A2和A3相较于CK分别显著提高36.26%和35.16%。各处理的还原糖和总糖含量变幅分别在14.83%⁓ 20.09%和21.60%⁓26.18%,其中A3处理的还原糖和总糖含量均最高,施加微生物菌剂处理的还原糖和总糖含量均显著高于CK。不同处理的两糖差变幅在5.80%⁓6.77%,其中CK的两糖差均显著高于施加微生物菌剂的处理。各处理的氮碱比和糖碱比变幅在0.83⁓0.86和10.37⁓11.90。综上各烤烟常规化学成分,A2处理的化学成分协调性最佳。
表4 微生物菌剂施用时期对C3F烟叶常规化学成分的影响
Table 4
处理 Treatment | 总氮 Total nitrogen (%) | 钾含量 K content (%) | 烟碱 Nicotine (%) | 还原糖 Reducing sugar (%) | 总糖 Total sugar (%) | 两糖差 Disaccharide difference (%) | 氮碱比 Nitrogen- alkali ratio | 糖碱比 Sugar- alkali ratio |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CK | 1.53±0.05c | 2.18±0.02b | 1.82±0.11b | 14.83±0.78b | 21.60±0.84b | 6.77±0.22b | 0.84±0.39a | 11.90±0.62a |
A1 | 1.86±0.06b | 2.89±0.17a | 2.20±0.10ab | 18.54±0.48a | 24.34±0.54a | 5.80±0.26a | 0.85±0.06a | 11.11±0.41a |
A2 | 2.13±0.05a | 2.88±0.21a | 2.48±0.16a | 19.61±0.33a | 25.56±0.12a | 5.96±0.24a | 0.86±0.04a | 10.37±0.59a |
A3 | 2.02±0.01a | 2.90±0.17a | 2.46±0.21a | 20.09±0.09a | 26.18±0.42a | 6.09±0.37a | 0.83±0.07a | 10.81±1.03a |
2.7 不同时期施用微生物菌剂对烤烟经济性状的影响
烤烟经济性状如表5所示,烤烟产量变幅在1929.51⁓2491.82 kg/hm2,其中A2处理产量最高,并且相较于CK、A1和A3处理分别显著提高29.14%、12.58%和5.50%。各处理烤烟产值在51 031.92⁓84 118.96元/hm2,其中A2处理产值最高,并相较于CK、A1和A3处理分别显著提高64.84%、29.21%和12.22%。各处理烤烟均价变幅在26.44⁓33.76元/kg,其中A2处理均价最高,相较于CK、A1和A3处理分别显著提高27.71%、14.81%和6.37%。各处理烤烟上等烟比例变幅在35.87%⁓56.82%,其中A2处理上等烟比例最高,相较于CK、A1和A3处理分别显著提高58.41%、32.05%和21.18%。烤烟中等烟比例变幅在39.95%⁓ 44.03%,其中A3处理中等烟比例最高,A2中等烟比例最低。综上烤烟各经济性状,A2处理的产量、产值、均价和上等烟比例均最高,并且均显著高于CK、A1和A3处理,因此认为A2处理的经济效益最佳。
表5 微生物菌剂施用时期对烤烟经济性状的影响
Table 5
处理 Treatment | 产量 Yield (kg/hm2) | 产值(元/hm2) Output value (yuan/hm2) | 均价(元/kg) Average price (yuan/kg) | 上等烟比例 Superior tobacco percentage (%) | 中等烟比例 Medium tobacco percentage (%) |
---|---|---|---|---|---|
CK | 1929.51±32.89d | 51 031.92±1944.98d | 26.44±0.70d | 35.87±0.50d | 41.12±1.46ab |
A1 | 2213.35±25.37c | 65 105.02±1858.17c | 29.41±0.61c | 43.03±1.18c | 44.00±1.08a |
A2 | 2491.82±18.68a | 84 118.96±1106.29a | 33.76±0.56a | 56.82±0.46a | 39.95±0.12b |
A3 | 2361.84±22.18b | 74 962.31±1025.37b | 31.74±0.37b | 46.89±0.80b | 44.03±1.01a |
2.8 烤烟根际细菌群落结构与烤烟根际土壤酶活、烤烟青枯病发病情况、品质以及经济性状的相关性分析
Mantel检验分析(图6)表明,相较于其他施加微生物菌剂的处理,CK的根际细菌构成组分与根际土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性、烟叶总氮含量、烤烟的产量、产值、均价和上等烟比例具有极显著的相关性。A1处理的根际细菌构成组分与根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性、烟叶总氮含量以及烤烟产量、产值、均价和上等烟比例具显著相关性。A2处理的根际细菌构成组分与根际土壤多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性、青枯病发病率和病情指数、烤烟产量、产值、均价和上等烟比例具有极显著的相关性;此外,还与根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性、烤烟产量、产值、均价和上等烟比例具有显著相关性。A3处理的根际细菌构成组分与根际土壤多酚氧化酶、青枯病发病率和病情指数、烟叶总氮和还原糖含量、烤烟产量、产值、均价和上等烟比例具有极显著相关性。综合上述结果,土壤酶活性、青枯病发病情况、烤烟品质和产量、质量各方面变量与A2处理的细菌群落结构呈极显著相关性的最多,共有10项变量与其具有极显著相关性,因此认为A2处理的细菌群落结构与上述各方面指标的联系最为密切。从各方面变量的相关性而言,各处理的根际细菌群落构成与土壤酶活性和烤烟经济性状的相关性更强。
图6
图6
根际土壤细菌群落构成与根际土壤酶活、烤烟青枯病发病情况和烤烟产质量的相关性热图
矩形为土壤酶活性、青枯病发病情况、烤烟品质和产质量之间的相关性热图。橘黄色连线表示极显著相关(P < 0.01),绿色连线表示显著相关(P < 0.05),灰色连线表示无显著相关性。
Fig.6
Heatmap depicting the correlations between the composition of rhizosphere soil bacterial communities and rhizosphere soil enzyme activities, status of bacterial wilt disease, and the yield and quality of flue-cured tobacco
The figure is a heatmap illustrating the correlations between soil enzyme activities, tobacco black shank disease incidence, tobacco quality, and yield. Orange lines represent highly significant correlations (P < 0.01). Green lines represent significant correlations (P < 0.05). Grey lines represent non-significant correlations.
3 讨论
从烤烟根际土壤的细菌群落构成而言,其优势细菌主要为变形菌门、芽单胞菌门、酸杆菌门、疣微菌门、硝化螺旋菌门、放线菌门、厚壁菌门、埃普西隆杆菌门、拟杆菌门和梭杆菌门共10个门。施加微生物菌剂的细菌群落构成与CK对比,变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和芽单胞菌门的相对丰度均有明显的增加,而酸杆菌门的相对丰度明显降低。其中在移栽期施加微生物菌剂变形菌门和厚壁菌门的细菌相对丰度最高,起垄期施加微生物菌剂放线菌门的细菌相对丰度最高。这是由于变形菌门属于富营养细菌,厚壁菌门和放线菌门均是富营养的微环境中自由生活型微生物群落的重要组成部分[29],在养分充足的条件下迅速生长。酸杆菌门是寡营养细菌,可以作为较贫瘠土壤环境的指示[30],用于判断土壤肥力的高低[31],由此可认为,施加微生物菌剂使土壤肥力得以改善。
从土壤酶活性的影响而言,微生物菌剂的施用对烤烟根际土壤酶活性均有一定的提高,具体表现为施加微生物菌剂对烤烟根际土壤的多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性均有明显的效果。其中,移栽期施用微生物菌剂对多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性提高最为显著。Wang等[36]研究表明,土壤酶的主要来源包括土壤微生物、动植物以及残体分泌物。值得注意的是,土壤微生物中的细菌在土壤酶的起源中占据重要地位,这进一步明确了土壤酶活性与细菌群落之间存在直接而复杂的关联[37]。因此,本研究基于Mental检验(图6)分析土壤细菌群落与土壤酶活性之间的关系得出,移栽期施加微生物菌剂与土壤多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性极显著相关,这可能是烟苗移栽后进入伸根期,根系活动较为活跃,在移栽期施加微生物菌剂更有助于建立有益微生物与植物根际共生的关系,提高根际酶的活性。
从烤烟产量和质量而言,施用微生物菌剂在一定程度上提高了烟叶的化学协调性,尤其表现为两糖差相比对照组显著降低。并且施加微生物菌剂使烤烟中部叶的钾含量、总糖、还原糖、总氮、烟碱、氮碱比和糖碱比更符合优质烟叶的生产要求。相较于其他处理,移栽期施用微生物菌剂处理的烤烟产量、产值、均价和上等烟比例均最高。综合而言,以移栽期施加微生物菌剂的中部叶化学协调性最佳,烤烟经济性状最优。
4 结论
综上分析表明,施加微生物菌剂可提高烤烟根际微生物数量,增强土壤酶活性,促进细菌生长繁殖,改善土壤细菌种群结构。尤其在移栽期施加微生物菌剂对烤烟根际土壤酶活性的提高,其烤烟根际细菌群落构成更适宜烟叶品质和产量的形成,并且该处理能够有效抑制烟草青枯病的发生。因此,在烤烟生产上推荐在移栽期施加微生物菌剂。
参考文献
羊粪有机肥与化肥配施对烤烟生长及土壤肥力特性的影响
DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2021.10.2423
[本文引用: 1]
为探讨羊粪有机肥与化肥配施对烤烟(Nicotiana tabacum L.)生长和土壤肥力特性的影响,以烤烟品种中烟101为试验材料,设置不施加肥料为对照(CK),研究了等量施肥条件下羊粪有机肥与化肥不同配施比例(T0:100%无机肥N;T20:20%羊粪有机肥N+80%无机肥N;T40:40%羊粪有机肥N+60%无机肥N;T60:60%羊粪有机肥N+40%无机肥N;T80:80%羊粪有机肥N+20%无机肥N;T100:100%羊粪有机肥N)对烟株农艺性状、根系形态参数、叶片光合特性、土壤养分含量及土壤酶活性的影响。结果表明,T0和T20处理在烟株移栽后30 d土壤速效养分含量较高,能更好地促进移栽后0~30 d烟株的生长,但在烟株移栽后60 d土壤速效养分含量明显降低,烟株生长势减弱,且土壤中有机质含量和土壤蔗糖酶活性较低;T80和T100处理土壤有机质含量较高,但在烟株移栽后30 d时土壤蛋白酶和脲酶活性弱,土壤速效养分含量低,不利于移栽后0~30 d烟株的生长;T40和T60处理在烟株移栽后30 d土壤速效养分的供应略低于T0处理,但在移栽后60 d能够显著提高土壤蔗糖酶、蛋白酶和脲酶活性,增加土壤速效养分的供应,既能保障烟株移栽后0~30 d的生长势,也有利于烟株移栽后30~60 d根系发育和地上部分的生长。与T0处理相比,T40和T60处理在烟株移栽后60 d的最大叶面积提高了11.9%和10.7%,地上部干重提高了11.9%和9.6%,根干重提高了12.1%和26.8%,净光合速率提高了17.6%和16.2%。综合来看,配施40%和60%羊粪有机肥N更有利于满足烟叶生长和维持烟区土壤肥力,该研究为洛阳烟区合理利用羊粪有机肥提供了理论依据。
烤烟生长发育特性及产质量对施肥技术的响应
DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2017.10.2032
[本文引用: 1]
为了探讨烤烟生长发育特性、产量和质量对施肥技术的响应,开展了有机肥、绿肥及无机肥3种不同施肥技术措施下,烤烟生长发育特性及产质量的响应差异性对比研究。结果表明,烤烟配施生物有机肥和绿肥翻压还田,可以增加根系体积,提高烟叶光合作用面积,增加净光合速率(Pn),降低土传病害危害,提高上等烟叶比例,改善烟叶品质,增加烟叶产量和产值。其中,烟叶的经济效果指数(ECI)和烟叶化学成分可用性指数(CCUI)、上等烟叶比例以及产量和产值,以配施生物有机肥处理表现为最大,分别为88.7、71.0和72.1、43.68%、2 436.5 kg·hm<sup>-2</sup>和64 079.9元·hm<sup>-2</sup>;其次是绿肥翻压还田处理,单施化肥的处理最小;且配施生物有机肥处理的产量和产值显著高于其余处理。综上,烤烟生长发育特性、产质量对施肥技术的响应效果,以配施有机肥处理最好,绿肥翻压处理次之,纯施化学肥料处理最差。本研究为开展有机肥绿肥的利用及促进烤烟品质提升提供了理论依据。
设施茄子各生育期施用微生物菌剂对产量及土壤性状的影响
DOI:10.13320/j.cnki.jauh.2019.0123
[本文引用: 1]
本文采用田间小区试验,研究不同生育期施用微生物菌剂对设施茄子产量和土壤养分及酶活性的影响,为优选微生物菌剂施用时期提供科学理论依据。结果表明:对茄期和全生育期施用微生物菌剂的茄子产量最高,比对照显著提高 29.36% 和 29.51%。在设施茄子定植期、门茄期和对茄期 3 个时期施用微生物菌剂使土壤氮磷钾表现出了明显差异性,其中,设施茄子在对茄期施用微生物菌剂后使土壤固定态磷钾养分的释放效果远高于其他生育期,使土壤有效态磷钾含量比不施用菌剂对照分别提高了 18.51% 和 46.13%;土壤全氮含量在门茄期表现最佳,比对照提升了 25.79%。同时,在所有生育期处理中,对茄期施用微生物菌剂显著提升了土壤碱性磷酸酶活性,比对照显著提高了 40.76%。蔗糖酶活性在门茄、对茄期提升效果最佳,分别比对照提高了80.60%、 61.52%。在对茄期接菌 14 d 土壤碱性磷酸酶比接菌前显著提升了 25.58%。综合来看,微生物菌剂在对茄期施用不仅提高了设施茄子生物产量,还活化了土壤磷钾且改善了土壤酶活性。因此,推荐对茄期为设施茄子施用菌剂的最适宜时期是可行的。
植物根际促生细菌定殖研究进展
DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017.02.002
[本文引用: 1]
植物促生菌(plant grwth-promoting bacterium,PGPB)因可有效抑制根际病原菌,促进植物生长,增加作物产量等作用,在农业生产领域展现出巨大前景。以了解植物根际促生细菌的种类,理解定殖相关的促生机制为目的,展示了根际细菌的定殖过程及影响细菌在根部定殖的因素,通过抗生素标记、免疫学方法、外源基因标记等方法进行定殖微生物的检测,以高通量测序技术在根际定殖中的广泛应用为结果,得出结论应从遗传水平上对菌株进行解读,获得植物根际土壤微生物群落多样性,功能基因等研究,这项工作对预测根际促生细菌与植物的交互作用,生物菌剂的田间应用有重要意义,应是植物根际促生细菌今后的研究方向。
Long-term organic-inorganic fertilization regimes alter bacterial and fungal communities and rice yields in paddy soil
Dysbiosis of maternal and neonatal microbiota associated with gestational diabetes mellitus
DOI:10.1136/gutjnl-2018-315988
PMID:29760169
[本文引用: 1]
The initial colonisation of the human microbiota and the impact of maternal health on neonatal microbiota at birth remain largely unknown. The aim of our study is to investigate the possible dysbiosis of maternal and neonatal microbiota associated with gestational diabetes mellitus (GDM) and to estimate the potential risks of the microbial shift to neonates.Pregnant women and neonates suffering from GDM were enrolled and 581 maternal (oral, intestinal and vaginal) and 248 neonatal (oral, pharyngeal, meconium and amniotic fluid) samples were collected. To avoid vaginal bacteria contaminations, the included neonates were predominantly delivered by C-section, with their samples collected within seconds of delivery.Numerous and diverse bacterial taxa were identified from the neonatal samples, and the samples from different neonatal body sites were grouped into distinct clusters. The microbiota of pregnant women and neonates was remarkably altered in GDM, with a strong correlation between certain discriminatory bacteria and the oral glucose tolerance test. Microbes varying by the same trend across the maternal and neonatal microbiota were observed, revealing the intergenerational concordance of microbial variation associated with GDM. Furthermore, lower evenness but more depletion of KEGG orthologues and higher abundance of some viruses (eg, herpesvirus and mastadenovirus) were observed in the meconium microbiota of neonates associated with GDM.GDM can alter the microbiota of both pregnant women and neonates at birth, which sheds light on another form of inheritance and highlights the importance of understanding the formation of early-life microbiome.© Article author(s) (or their employer(s) unless otherwise stated in the text of the article) 2018. All rights reserved. No commercial use is permitted unless otherwise expressly granted.
不同作物根际土壤微生物的群落结构特征分析
DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2021.12.2830
[本文引用: 1]
为探究根际微生物群在支持植物生长、发育和健康方面的重要作用,本研究在2017年7月采集同一农田中大豆[Glycine max (L.) Merr.]、玉米[Zea mays)、花生(Arachis hypogaea L.]、四季豆[Phaseolus vulgaris L.]、豇豆[Vigna unguiculata (L.) Walp]、番薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]和芋艿[Colocasia esculenta (L.) Schoot]7种不同作物,通过Illumina MiSeq测序技术和磷脂脂肪酸(PLFA)对这7种不同作物的根际微生物群落结构和组成进行了分析。结果显示,不同作物根际土壤微生物的PLFA种类和组成差异显著,但均以表征革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真菌的特征脂肪酸为主。花生根际土中微生物的PLFAs含量最高,花生根际土中的真菌细菌比(F/B)显著高于其他作物,且其革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比(G<sup>+</sup>/G<sup>-</sup>)最低。尽管在门水平,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和厚壁菌门是7种作物根际微生物的主要优势门,但是在纲水平和目水平不同作物根际微生物组成存在差异。Alpha多样性分析表明,大豆根际的OTU丰富度(Chao1,P<0.001)和细菌群落多样性(Shannon,P<0.001)在7种作物中最高。非度量多维尺度分析(NMDS)表明,根际微生物群落结构在OTU和PLFAs水平下均以不同作物形成聚类,不同聚类间的差异显著。根际敏感微生物的筛选和比较进一步说明不同作物对根际微生物的选择具有差异性,群落中某些特定菌群优势度存在区别,不同作物具有不同敏感微生物的选择倾向。本研究为构建健康的植物根际微生物群落以促进植物育种提供了基础。
烤烟间作对烟株根际土壤酶活性和细菌群落的影响
Maize biochar addition rate influences soil enzyme activity and microbial community composition in a fluvo-aquic soil
Purification and characterization of the first bacterial laccase in the rhizospheric bacterium Azospirillum lipoferum
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