论文部分内容阅读
土壤微生态是生态学理论体系中形成较晚的分支，主要研究土壤中微生物与周围环境之间的关系。由于土壤中微生物数量庞大、功能复杂、作用重要，在宏基因组高通量测序等新技术面世后，国内外学者对土壤微生物进行了广泛研究，但对微生物与土壤之间的相互作用研究相对欠缺，而对植株健康与发病状态下的土壤微生态的比较，研究更少。
邵武地区是福建省主要烟草种植区，植烟主要土壤类型有轻壤土(取样于沿山实验田)与砂土(取样于上坊实验田)两种，烟草种植受青枯病影响严重。本研究于2014年起连续三年分别对这两块实验田的植烟根际土壤进行取样研究，考察了健康、青枯病轻度发病和中度发病三种植烟状态下，土壤理化指标、中微量元素、酶等土壤性质指标的差异，青枯雷尔氏菌数量的差异，土壤细菌群落结构和多样性的差异，土壤真菌群落结构和多样性的差异，并对土壤性质指标与土壤微生物之间的关系进行了分析，主要研究结果如下:
1.轻壤土土质的沿山实验田与砂土土质的上坊实验田在土壤性质指标数值上有较大差异，上坊实验田土壤性质指标大多数含量较低，说明砂土土质相对较差，养分含量低，保水保肥能力较差。在同一土质中，对比烟草健康、青枯病轻度发病和中度发病三种状态下的土壤性质，发现大部分土壤指标在连续三年的检测中，呈现相同差异和变化规律，说明在稳定的轮作下，短期的种植对土壤理化性质影响较小。通过对健康烟株与发病烟株根际土壤性质比较，进行显著性检验，获知影响青枯病发病的重要因素为:总氮、有机碳、速效钾、速效磷、Ca、Mg、Cu、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶。土壤pH对青枯病是否发病影响不大，但对青枯病发病后的病情严重程度有重要影响。
2.通过对土壤综合肥力进行评价，获知沿山实验田健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株根际土壤得分分别为0.663、0.614和0.585;上坊实验田健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株根际土壤得分分别为0.511、0.479和0.463。利用土壤性质各指标的权重值构建出健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株的土壤性质综合评价模型，模型的构建指出了各土壤性质指标对该状态下的土壤形成和稳定的贡献程度，并通过比较归一化后的权重系数，得到各模型下各土壤性质指标的重要程度排序。
3.通过SYBR greenⅠ荧光定量PCR测定成熟期烟株根际土壤中的青枯雷尔氏菌数量，发现轻度发病烟株根际土壤中青枯雷尔氏菌数量为10，量级，中度发病时青枯雷尔氏菌数量接近108。健康烟株根际土壤中青枯雷尔氏菌数量为106量级，已经超过易被侵染界限值(105)，说明青枯雷尔氏菌数量不是烟草是否发病的限制性因素，但烟株根际土壤的青枯雷尔氏菌数量与烟草青枯病发病程度呈正比。
4.通过扩增土壤样品16S rDNA高通量测序，轻壤土样本共获得基因序列173，453条，砂土样本共获得基因序列188，470条。分别比较三种状态下土壤的细菌多样性指数、Rank-Abundance曲线和稀释曲线，发现健康烟株土壤细菌丰富度和多样性最高，其次为轻度发病烟株，中度发病烟株土壤细菌丰富度和多样性最低，但均匀度最好。对细菌群落结构进行分析，轻壤土与砂土样本在门分类水平下健康烟株根际土壤Actinobacteria、Bacteroidetes相对丰度均大于发病烟株，而芽单胞菌门Gemmatimonadetes、硝化螺旋菌门Nitrospirae的相对丰度均小于发病菌株。
5.通过扩增土壤样品18S rDNA高通量测序，轻壤土样本共获得基因序列159，439条，砂土样本共获得基因序列137,058条。分别比较三种状态下土壤的真菌多样性指数、Rank-Abundance曲线和稀释曲线，发现轻壤土中度发病烟株土壤真菌群落丰富度最高，轻度发病烟株土壤真菌群落多样性最好，健康烟株土壤群落均匀度最好;而在砂土中，轻度发病烟株土壤真菌群落丰富度和多样性最好，中度发病烟株土壤真菌群落均匀度最好。对真菌群落结构进行分析，门分类水平下，轻壤土与砂土Unclassified_d_Eukaryota相对丰度排序为:中度发病＞轻度发病＞健康烟株，而Basidiomycota在各样本组中的相对丰度排序为:健康烟株＞轻度发病＞中度发病，这两种物种在烟草青枯病发病中起到了一定作用。
6.采用相关性分析方法考察了土壤性质与微生物之间的关系。通过降维，筛选出可以代表土壤性质的部分指标，通过组间差异分析，筛选出微生物特征指标，将两类指标进行相关性分析发现，(1)真菌与土壤性质指标的相关性要低于细菌，说明细菌在维持土壤微生态中重要性要高于真菌。(2)两类土壤中，土壤性质指标中是对土壤微生物的关键影响因子有共同项:健康烟株根际土壤为总氮和脲酶;轻度发病烟株根际土壤为速效钾和Cu;中度发病烟株根际土壤为速效磷。
7.采用冗余分析方法考察了土壤性质与微生物及样本之间的关系。在对土壤细菌分析上，轻壤土的速效钾、总氮、Mn将健康烟株土壤与轻度发病烟株土壤区分开。Fe、酸性磷酸酶、脲酶、速效磷将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤区分开。砂土的Cu、脲酶将轻度发病烟株土壤与健康烟株土壤样本区分开。碱解氮、总氮、Ca、β-葡萄糖苷酶、有机碳、速效钾、脲酶等将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。在对土壤真菌分析上，轻壤土的过氧化氢酶、Mg、速效钾、酸性磷酸酶、pH、β-葡萄糖苷酶将轻度发病烟株土壤与健康烟株土壤和中度发病烟株土壤样本区分开。过氧化氢酶、总氮和碱解氮将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。砂土的Mg、Fe、Mn、蔗糖转化酶、Ca、速效磷、碱解氮、酸性磷酸酶共同将健康烟株土壤与轻度发病烟株土壤样本区分开。β-葡萄糖苷酶、Mg、碱解氮、蔗糖转化酶、Ca、有机碳、酸性磷酸酶等将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。
邵武地区是福建省主要烟草种植区，植烟主要土壤类型有轻壤土(取样于沿山实验田)与砂土(取样于上坊实验田)两种，烟草种植受青枯病影响严重。本研究于2014年起连续三年分别对这两块实验田的植烟根际土壤进行取样研究，考察了健康、青枯病轻度发病和中度发病三种植烟状态下，土壤理化指标、中微量元素、酶等土壤性质指标的差异，青枯雷尔氏菌数量的差异，土壤细菌群落结构和多样性的差异，土壤真菌群落结构和多样性的差异，并对土壤性质指标与土壤微生物之间的关系进行了分析，主要研究结果如下:
1.轻壤土土质的沿山实验田与砂土土质的上坊实验田在土壤性质指标数值上有较大差异，上坊实验田土壤性质指标大多数含量较低，说明砂土土质相对较差，养分含量低，保水保肥能力较差。在同一土质中，对比烟草健康、青枯病轻度发病和中度发病三种状态下的土壤性质，发现大部分土壤指标在连续三年的检测中，呈现相同差异和变化规律，说明在稳定的轮作下，短期的种植对土壤理化性质影响较小。通过对健康烟株与发病烟株根际土壤性质比较，进行显著性检验，获知影响青枯病发病的重要因素为:总氮、有机碳、速效钾、速效磷、Ca、Mg、Cu、β-葡萄糖苷酶、过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖转化酶。土壤pH对青枯病是否发病影响不大，但对青枯病发病后的病情严重程度有重要影响。
2.通过对土壤综合肥力进行评价，获知沿山实验田健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株根际土壤得分分别为0.663、0.614和0.585;上坊实验田健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株根际土壤得分分别为0.511、0.479和0.463。利用土壤性质各指标的权重值构建出健康烟株、轻度发病烟株和中度发病烟株的土壤性质综合评价模型，模型的构建指出了各土壤性质指标对该状态下的土壤形成和稳定的贡献程度，并通过比较归一化后的权重系数，得到各模型下各土壤性质指标的重要程度排序。
3.通过SYBR greenⅠ荧光定量PCR测定成熟期烟株根际土壤中的青枯雷尔氏菌数量，发现轻度发病烟株根际土壤中青枯雷尔氏菌数量为10，量级，中度发病时青枯雷尔氏菌数量接近108。健康烟株根际土壤中青枯雷尔氏菌数量为106量级，已经超过易被侵染界限值(105)，说明青枯雷尔氏菌数量不是烟草是否发病的限制性因素，但烟株根际土壤的青枯雷尔氏菌数量与烟草青枯病发病程度呈正比。
4.通过扩增土壤样品16S rDNA高通量测序，轻壤土样本共获得基因序列173，453条，砂土样本共获得基因序列188，470条。分别比较三种状态下土壤的细菌多样性指数、Rank-Abundance曲线和稀释曲线，发现健康烟株土壤细菌丰富度和多样性最高，其次为轻度发病烟株，中度发病烟株土壤细菌丰富度和多样性最低，但均匀度最好。对细菌群落结构进行分析，轻壤土与砂土样本在门分类水平下健康烟株根际土壤Actinobacteria、Bacteroidetes相对丰度均大于发病烟株，而芽单胞菌门Gemmatimonadetes、硝化螺旋菌门Nitrospirae的相对丰度均小于发病菌株。
5.通过扩增土壤样品18S rDNA高通量测序，轻壤土样本共获得基因序列159，439条，砂土样本共获得基因序列137,058条。分别比较三种状态下土壤的真菌多样性指数、Rank-Abundance曲线和稀释曲线，发现轻壤土中度发病烟株土壤真菌群落丰富度最高，轻度发病烟株土壤真菌群落多样性最好，健康烟株土壤群落均匀度最好;而在砂土中，轻度发病烟株土壤真菌群落丰富度和多样性最好，中度发病烟株土壤真菌群落均匀度最好。对真菌群落结构进行分析，门分类水平下，轻壤土与砂土Unclassified_d_Eukaryota相对丰度排序为:中度发病＞轻度发病＞健康烟株，而Basidiomycota在各样本组中的相对丰度排序为:健康烟株＞轻度发病＞中度发病，这两种物种在烟草青枯病发病中起到了一定作用。
6.采用相关性分析方法考察了土壤性质与微生物之间的关系。通过降维，筛选出可以代表土壤性质的部分指标，通过组间差异分析，筛选出微生物特征指标，将两类指标进行相关性分析发现，(1)真菌与土壤性质指标的相关性要低于细菌，说明细菌在维持土壤微生态中重要性要高于真菌。(2)两类土壤中，土壤性质指标中是对土壤微生物的关键影响因子有共同项:健康烟株根际土壤为总氮和脲酶;轻度发病烟株根际土壤为速效钾和Cu;中度发病烟株根际土壤为速效磷。
7.采用冗余分析方法考察了土壤性质与微生物及样本之间的关系。在对土壤细菌分析上，轻壤土的速效钾、总氮、Mn将健康烟株土壤与轻度发病烟株土壤区分开。Fe、酸性磷酸酶、脲酶、速效磷将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤区分开。砂土的Cu、脲酶将轻度发病烟株土壤与健康烟株土壤样本区分开。碱解氮、总氮、Ca、β-葡萄糖苷酶、有机碳、速效钾、脲酶等将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。在对土壤真菌分析上，轻壤土的过氧化氢酶、Mg、速效钾、酸性磷酸酶、pH、β-葡萄糖苷酶将轻度发病烟株土壤与健康烟株土壤和中度发病烟株土壤样本区分开。过氧化氢酶、总氮和碱解氮将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。砂土的Mg、Fe、Mn、蔗糖转化酶、Ca、速效磷、碱解氮、酸性磷酸酶共同将健康烟株土壤与轻度发病烟株土壤样本区分开。β-葡萄糖苷酶、Mg、碱解氮、蔗糖转化酶、Ca、有机碳、酸性磷酸酶等将健康烟株土壤与中度发病烟株土壤样本区分开。