低磷脅迫對番茄根系生長及根際土壤細(xì)菌多樣性的影響_李榮坦.pdf

園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 473 484 Acta Horticulturae Sinica doi 10 16420 j issn 0513 353x 2015 0919 http www ahs ac cn 473 收稿日期 2015 12 30 修回日期 2016 03 04 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 31360506 南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 20132313 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西甘蔗遺傳改 良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題 12 K 05 02 通信作者 Author for correspondence E mail ysd706 低磷脅迫對番茄根系生長及根際土壤細(xì)菌多樣 性的影響 李榮坦 1 姚華開 1 劉岳飛 1 楊尚東 1 2 1 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝系 南寧 530004 2 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南寧 530007 摘 要 以低磷脅迫和平衡施肥處理的番茄根系及根際土壤為研究對象 采用 WinRHIZO 根系分析 系統(tǒng) 稀釋平板法 PCR DGGE 等分析技術(shù) 研究低磷脅迫對番茄根系生長 根際土壤生物學(xué)特性以及 細(xì)菌多樣性的影響 結(jié)果表明 低磷脅迫導(dǎo)致番茄根系總根長 總根表面積 總根體積和根尖數(shù)減少 導(dǎo)致根際土壤中可培養(yǎng)微生物 細(xì)菌 真菌和放線菌 數(shù)量 酶活性 微生物生物量 C N P 以及細(xì) 菌的多樣性指數(shù) H 豐富度 S 和均勻度指數(shù) E h 等表征土壤肥力及健康狀態(tài)的指標(biāo)下降 導(dǎo)致部 分諸如甲基桿菌屬 Methylobacterium sp 等具有溶磷功能的菌群缺失 平衡施肥對番茄的正常生長和提 升土壤肥力以及維護(hù)土壤健康具有極其重要的作用 關(guān)鍵詞 番茄 低磷脅迫 根系 土壤細(xì)菌多樣性 PCR DGGE 中圖分類號 S 641 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 0513 353X 2016 03 0473 12 Effect of Low Phosphorus Stress on Root Growth and Soil Bacterial Diversity in Rhizosphere of Tomatoes LI Rong tan 1 YAO Hua kai 1 LIU Yue fei 1 and YANG Shang dong 1 2 1 Department of Horticulture Guangxi University Nanning 530004 China 2 Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement Guangxi Academy of Agricultural Sciences Nanning 530007 China Abstract Based on the traditional and modern analyzed techniques such as WinRHIZO root analysis system dilution plate method PCR DGGE etc the effect of low phosphorus stress on root growth soil microbial properties and bacterial diversity under low phosphorus stress were analyzed The results showed that the root length surface area volume and tip number were all decreased under low phosphorus stress Additionally soil microbial biomass enzyme activities microbial biomass C N P and soil bacterial diversity index H richness S and evenness index E h were all also decreased under low phosphorus stress However some bacteria groups such as Methyl bacterium sp which have the function of soluble phosphorus disappear in rhizosphere soil under low phosphorus stress condition Moreover it indicated that the degradation of soil fertility and soil bacterial community structure in rhizosphere were the main reason for the poor growth of tomatoes The balance fertilization has an important function in improving the growth of tomatoes soil fertility and health Li Rong tan Yao Hua kai Liu Yue fei Yang Shang dong Effect of low phosphorus stress on root growth and soil bacterial diversity in rhizosphere of tomatoes 474 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 473 484 Key words tomato low phosphorus stress root soil bacterial diversity PCR DGGE 番茄生長過程中缺磷會導(dǎo)致生長緩慢 早期葉片背面出現(xiàn)紫紅色 莖細(xì)長 葉片小 開花結(jié)果 期延遲等 由于缺磷直接影響番茄根系對土壤中氮的吸收 植株后期表現(xiàn)出卷葉現(xiàn)象 Kalaji et al 2014 番茄生產(chǎn)的限制因素很多 土壤缺磷是其中重要的障礙因子之一 Lynch Brown 2008 植物吸收磷素的化學(xué)形態(tài)主要是 H 2 PO 4 和 HPO 4 2 土壤溶液中游離的無機(jī)磷酸根在植物磷素營養(yǎng)循 環(huán)中起著重要作用 Pradhan Sukla 2005 在中國南方主要為酸性紅壤 其鐵 鋁等含量較高 如果通過傳統(tǒng)方法施用磷肥 磷極易被土壤固定達(dá)不到增加土壤有效磷的目的 研究表明 植物根 系分布與磷的分布呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)性 植物根際土壤的 pH 值和肥料施用對磷的分布有顯著影響 Vu et al 2009 植物響應(yīng)低磷脅迫的差別主要表現(xiàn)在物種和基因上 而植物響應(yīng)低磷脅迫主要 方式是通過抑制主根內(nèi)部細(xì)胞的分裂和分化來抑制主根的生長 Tyburski et al 2012 其次 在低 磷條件下 植物根系將分泌一定量的有機(jī)酸和酸性磷酸酶 它能降解土壤中的有機(jī)磷 如核酸 磷 脂和糖脂等 使有機(jī)磷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)磷被吸收 Hoffland Nelemans 1989 在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)分 解循環(huán)利用中 微生物活動起著至關(guān)重要的作用 解磷微生物在土壤中普遍存在 它可以分泌有機(jī) 酸和磷酸酶 使土壤中不能被植物利用的磷化物轉(zhuǎn)變成可被利用的可溶性磷化物 從而為植物提供 可吸收的無機(jī)磷 Khan et al 2007 20 世紀(jì) 50 年代 解磷微生物作為生物有機(jī)肥已經(jīng)被廣泛應(yīng) 用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 不僅能夠增加作物磷素的吸收量 提高作物產(chǎn)量 還能大大提高磷肥的利用率 減少農(nóng)業(yè)污染 Khan et al 2013 前人關(guān)于低磷脅迫的研究主要局限于植物根系形態(tài)構(gòu)型的改變 解磷微生物的分解功能和培育 耐低磷品種等 Richardson Simpson 2011 而對番茄根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)影響的研究甚少 低磷條件下 化感水稻根際培養(yǎng)液中可培養(yǎng)的細(xì)菌 真菌數(shù)量明顯高于正常磷素處理水平 陳良生 2011 低磷脅迫如何影響番茄根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化尚不明確 根際是土壤 根系 微生 物相互作用的微域 根際界面決定了氮磷養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度和有效性 針對根系 土壤和根系 微生 物界面的養(yǎng)分活化和運(yùn)輸機(jī)制已有系統(tǒng)研究 但目前對土壤 根系 微生物之間在氮磷養(yǎng)分利用過 程中的規(guī)律并不清楚 Philippot et al 2013 本試驗(yàn)旨在通過運(yùn)用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng) 稀 釋平板法 PCR DGGE 等分析技術(shù) 研究低磷脅迫對番茄根系生長以及根際土壤生物學(xué)特性和微生 物群落結(jié)構(gòu)的影響 為進(jìn)一步培育耐低磷番茄品種 發(fā)揮有益微生物的解磷功能及平衡施肥提供理 論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料與處理 番茄品種 金玉 11 美國紅冠 紅寶石 1 號 的種子均購于廣西南寧市蔬菜種子市場 試 驗(yàn)中采用的土壤類型為赤紅壤 全氮 0 48 g kg 1 全 磷 0 69 g kg 1 全 鉀 7 14 g kg 1 堿 解 氮 12 96 mg kg 1 速效磷 0 66 mg kg 1 速效鉀 54 00 mg kg 1 有機(jī)質(zhì) 8 56 g kg 1 pH 5 65 根據(jù)中國第 二次土壤普查制定的養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)和土壤質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 全國土壤普查辦公室 1998 試驗(yàn)采用的 土壤符合試驗(yàn)要求 試驗(yàn)采用盆栽 直徑 24 cm 高 30 cm 的方法 于 2015 年在廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院蔬菜生產(chǎn)基地 東 經(jīng) 108 18 北緯 22 51 2 溫室內(nèi)進(jìn)行 施肥處理根據(jù)趙斌等 2004 的施肥方案稍加改良 番茄 李榮坦 姚華開 劉岳飛 楊尚東 低磷脅迫對番茄根系生長及根際土壤細(xì)菌多樣性的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 473 484 475 品種均設(shè) 3 個(gè)處理 1 NK 處理 不施 P 肥 只施 N 120 mg kg 1 和 K 2 O 230 mg kg 1 的低磷脅迫 處理 2 NPK 處理 N 120 mg kg 1 P 2 O 5 110 mg kg 1 和 K 2 O 230 mg kg 1 兼施的平衡施肥處理 3 對照 既不種植番茄 也不施肥的處理 番茄品種內(nèi)不同處理采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 每處理 12 盆 每盆 1 株 重復(fù) 3 次 每次重復(fù) 108 盆 番茄定植后進(jìn)行搭架綁蔓 整枝打芽 除草灌溉 病蟲害防治等常規(guī)管理 1 2 樣品采集及分析 1 2 1 樣品采集 根系樣品 番茄定植 45 d 后 用流水緩緩沖洗根系 在根系下面放置 100 目篩 收集被水流沖 掉的根系 每個(gè)重復(fù)每個(gè)處理隨機(jī)采集 5 株 分別進(jìn)行根系指標(biāo)測定 取 5 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行方 差和顯著性分析 根際土壤樣品 番茄開花結(jié)果期 每個(gè)重復(fù)每個(gè)處理采用抖根法 Riley Barber 1970 隨機(jī) 采集 5 株番茄根際土壤 混合均勻后作為 1 份土壤樣品 共 27 份土壤樣品 剔除番茄殘根等雜物 后 用無菌塑料袋裝好 帶回實(shí)驗(yàn)室后 將每份土壤樣品分為 3 部分 一部分室內(nèi)自然風(fēng)干后過 40 目篩 用于土壤理化性狀測定 另一部分過 10 目篩后 置于 4 冰箱保存 用于土壤生物學(xué)性狀 分析 第 3 部分過 10 目篩后 將每個(gè)番茄品種每個(gè)處理的 3 個(gè)平行土壤樣品混合均勻 得到 7 份土 壤樣品 置于 80 冰箱保存 用于細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析 1 2 2 根系形態(tài)分析 通過根系掃描儀 Founder Z2400 獲得根系圖像 經(jīng)專用數(shù)字化軟件 WinRHIZO Pro 2009c 分析后獲得根長 根表面積 根體積和根尖數(shù)等形態(tài)指標(biāo) Wang Qiang 2009 根冠比 R S 干質(zhì)量比 測定采用烘干法 105 殺青 70 1 2 3 土壤理化性狀分析 土壤 pH 值采用 PHS 3C 型精密酸度計(jì) 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法 全氮采用半微量凱氏法 全磷采用氫氧化鈉堿熔融 鉬銻抗比色法 全鉀采用氫氧化鈉熔融 火焰光度法 堿解性氮采 用堿解擴(kuò)散法 速效磷采用 0 5 mol L 1 NaHCO 3 浸提 鉬藍(lán)鉬銻抗比色法 速效鉀采用 1 mol L 1 NH 4 OAc 浸提 火焰光度法 鮑士旦 2011 測定 1 2 4 土壤生物學(xué)性狀分析 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量測定采用稀釋平板法 林先貴 2010 其中細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白 胨瓊脂培養(yǎng)基 真菌培養(yǎng)采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基 放線菌培養(yǎng)采用改良高氏一號瓊脂培養(yǎng)基 土壤中 C N P 循環(huán)相關(guān)酶 葡糖苷酶 glucosidase 活性測定采用 Hayano 1973 的方 法 氨肽酶 Aminopeptidases 活性測定采用 Ladd 1972 的方法 磷酸酶 Phosphatase 活性測 定采用 Tabatabai 和 Bremner 1969 的方法 微生物生物量碳測定采用氯仿熏蒸提取 容量分析法 Vance et al 1987 微生物生物量氮 測定采用氯仿熏蒸提取 茚三酮比色法 Joergensen Brookes 1990 微生物生物量磷測定采 用氯仿熏蒸提取 磷鉬藍(lán)比色法 吳金水 等 2003 1 2 5 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析 土壤微生物基因組總 DNA 提取參照 Krsek 和 Welington 1999 的方法稍加改良 稱取 5 0 g 土壤 加 5 0 mL 0 1 mol L 1 pH 8 0 磷酸緩沖液 加細(xì)微玻璃珠于室溫下劇烈震蕩 10 min 加入 25 mg 溶菌酶 震蕩 5 min 37 水浴鍋中 1 h 加 500 L 20 SDS 于恒溫?fù)u床震蕩 15 min 200 r min 1 37 6 000 r min 1 離心 10 min 取上清液分裝 每個(gè) 1 5 mL 離心管裝 1 0 mL 加 200 L 8 mol L 1 Li Rong tan Yao Hua kai Liu Yue fei Yang Shang dong Effect of low phosphorus stress on root growth and soil bacterial diversity in rhizosphere of tomatoes 476 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 473 484 乙酸鉀 顛倒混勻 1 min 12 000 r min 1 離心 10 min 取 1 mL 上清液于 2 mL 離心管中 加等體積 酚 氯仿 異戊醇抽提兩次 混勻后 12 000 r min 1 離心 10 min 取上清液于 1 5 mL 離心管中 加 入 0 6 倍體積冰冷的異丙醇 混勻后置于 20 冰箱中沉降 30 min 12 000 r min 1 離心 10 min 倒掉離心管中的液體 加入 1 mL 的 70 乙醇清洗兩次 離心管中酒精揮發(fā)后 加 35 L TE 溶解 采用 SanPrep 柱式 DNA 膠回收試劑盒 Sangon Biotech 產(chǎn)品號 SK8132 對 DNA 粗提液進(jìn)行純 化 粗提和純化結(jié)果均進(jìn)行 1 8 瓊脂糖凝膠電泳檢測 純化后的 DNA 樣品用超微量分光光度計(jì) IMPLEN 型號 P 330 31 檢測 將符合試驗(yàn)要求的樣品于 20 冰箱保存?zhèn)溆?土壤細(xì)菌 16S rDNA V3 可變區(qū)的 PCR 擴(kuò)增采用降落 PCR Touchdown PCR 的方法 上游引 物序列為 GC F338 5 CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGACTCCTA CGGGAGGCAGCAG 3 下游引物為 R518 5 ATTACCGCGGCTGCTGG 3 Lambais et al 2008 PCR 反應(yīng)體系為 DNA 模板 1 L 10 PCR Buffer 5 L Mg 2 plus dNTPs Mix 1 L 10 mmol L 1 上 下游引物各 2 L 10 mol L 1 rTaq 酶 1 L 5 U L 1 用滅菌去離子水補(bǔ)足至 50 L PCR 反應(yīng)條件為 94 預(yù)變性 5 min 94 變性 45 s 65 55 每個(gè)循環(huán)降低 0 5 退 火 30 s 72 延伸 1 min 共 20 個(gè)循環(huán) 94 變性 45 s 55 退火 30 s 72 延伸 1 min 共 15 個(gè)循環(huán) 72 延伸 10 min PCR 產(chǎn)物用 1 5 瓊脂糖凝膠電泳檢測 采用 Bio Rad 公司 DCode TM 基因突變檢測系統(tǒng) DCode Universal Mutation Detection System Bio Rad 對 PCR 反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離 變性劑濃度 30 60 100 變性膠為 7 mol L 1 尿素和 40 去離子甲酰胺的混合物 PCR 產(chǎn)物加樣量 40 L 60 120 V 的恒定電壓條件下 電泳 6 h 電 泳完畢后銀染 20 30 min 后用 Bio Rad 公司 GS 800 TM Calibrated Densitometer 觀察并掃描成圖像 細(xì)菌 16S rDNA 片段的克隆和測序 切下目的條帶 用聚丙烯酰胺凝膠 DNA 回收試劑盒進(jìn)行膠 回收 以不含 GC 片段的引物對 F338 和 R518 再次進(jìn)行 PCR 擴(kuò)增 擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠中檢 測 將含有目的片段的 PCR 產(chǎn)物純化后 與 PMD18 T 載體 Takara 產(chǎn)品號 K6701AA 連接進(jìn) 行克隆 將含有目的條帶的菌液送上海生工測序 測序結(jié)果于 NCBI http www ncbi nlm nih gov 進(jìn)行序列同源性比對與分析 1 2 6 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2010 和 SPSS 19 0 統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 平均數(shù)據(jù)以 平均 數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)差 S D 表示 多重比較采用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)法 Duncan s Multiple Ranger Test DMRT 使用 Quantity one V4 6 9 分析軟件對 DGGE 圖譜進(jìn)行分析 多樣性指數(shù) H 豐富度 S 和均勻度 E h 的計(jì)算參照馬寧寧和李天來 2013 的方法進(jìn)行 2 結(jié)果與分析 2 1 低磷脅迫對番茄根系生長的影響 從表 1 可知 與平衡施肥相比 低磷脅迫處理的 3 個(gè)番茄品種的總根長 總跟表面積 總根體 積和根尖數(shù)均不同程度的降低 3 個(gè)番茄品種的總根長分別降低了 65 1 47 8 和 66 6 總根表 面積分別降低了 62 4 31 9 和 43 1 總根體積分別降低了 55 8 19 8 和 29 6 根尖數(shù)分別 降低了 85 6 66 8 和 82 0 而根冠比分別增加了 18 1 27 5 和 26 3 說明低磷脅迫導(dǎo)致番 茄根系生長受到抑制 李榮坦 姚華開 劉岳飛 楊尚東 低磷脅迫對番茄根系生長及根際土壤細(xì)菌多樣性的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 473 484 477 表 1 低磷脅迫對不同番茄品種根系的響應(yīng) Table 1 Root response of different tomato cultivars under low phosphorus stress 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 總根長 cm Length 總根表面積 cm 2 Surf area 總根體積 cm 3 Root volume 根尖數(shù) Tip 根冠比 Root shoot ratio NK 775 0 41 8 b 127 3 8 5 b 1 82 0 13 b 1 572 29 b 0 1759 0 0014 a 金玉 11 Jinyu 11 NPK 2 222 4 71 6 a 338 4 9 4 a 4 12 0 17 a 10 888 438 a 0 1489 0 0018 b NK 1 299 7 63 7 b 241 6 6 6 b 3 33 0 19 b 3 402 245 b 0 1782 0 0058 a 美國紅冠 American Hongguan NPK 2 491 9 75 3 a 354 7 10 2 a 4 15 0 09 a 10 236 328 a 0 1398 0 0010 b 紅寶石 1 號 Hongbaoshi 1 NK 989 6 73 2 b 228 9 12 2 b 3 16 0 34 b 2 695 143 b 0 1714 0 0026 a NPK 2 961 9 102 6 a 402 4 18 0 a 4 49 0 32 a 14 997 1161 a 0 1357 0 0011 b N N 120 mg kg 1 P P 2 O 5 110 mg kg 1 K K 2 O 230 mg kg 1 同列中同一品種不同小寫字母表示顯著水平為 0 05 下同 N N 120 mg kg 1 P P 2 O 5 110 mg kg 1 K K 2 O 230 mg kg 1 Values followed by different lowercase letters in the same row for the same variety are significantly different at 0 05 levels The same below 2 2 低磷脅迫對番茄根際土壤理化性狀的影響 由表 2 可知 不同施肥處理對 美國紅冠 根際土壤中全氮含量的影響并不顯著 與平衡施肥 處理相比 低磷脅迫處理的 紅寶石 1 號 根際土壤中全氮含量降低了 16 2 與平衡施肥處理相 比 低磷脅迫處理的 金玉 11 和 紅寶石 1 號 根際土壤中堿解氮含量分別增加了 17 4 和 49 6 不同番茄品種根際土壤中全鉀含量表現(xiàn)為 對照 低磷脅迫 平衡施肥 而速效鉀含量卻表現(xiàn)為 低磷脅迫處理顯著高于對照和平衡施肥處理 其中 金玉 11 根際土壤中速效鉀含量最高 為對照 的 1 74 倍 與平衡施肥相比 低磷脅迫處理的 3 個(gè)番茄品種根際土壤中全磷和速效磷含量顯著性降 低 3 個(gè)番茄品種根際土壤全磷含量分別降低了 13 5 10 2 和 11 2 速效磷含量分別降低了 70 2 36 5 和 81 0 與平衡施肥相比 低磷脅迫處理的 金玉 11 和 紅寶石 1 號 根際土壤 中有機(jī)質(zhì)含量分別降低了 43 5 和 35 1 同時(shí) 兩種施肥模式均導(dǎo)致番茄根際土壤 pH 顯著降低 表 2 低磷脅迫下番茄根際土壤理化性狀 Table 2 Physical and chemical properties of soil under low phosphorus stress 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 全氮 g kg 1 Total N 全磷 g kg 1 Total P 全鉀 g kg 1 Total K pH 對照 Control 0 87 0 03 a 0 54 0 01 a 15 36 0 15 a 5 64 0 02 a NK 0 83 0 02 ab 0 47 0 01 b 14 64 0 12 b 5 50 0 01 c 金玉 11 Jinyu 11 NPK 0 82 0 03 b 0 54 0 02 a 12 55 0 01 c 5 61 0 01 b 對照 Control 0 87 0 03 a 0 54 0 01 a 15 36 0 15 a 5 64 0 02 a NK 0 88 0 01 a 0 50 0 01 b 14 95 0 13 b 5 46 0 02 c 美國紅冠 American Hongguan NPK 0 87 0 02 a 0 56 0 01 a 14 20 0 15 c 5 53 0 01 b 對照 Control 0 87 0 03 b 0 54 0 01 a 15 36 0 15 a 5 64 0 02 a 紅寶石 1 號 Hongbaoshi 1 NK 0 79 0 03 c 0 50 0 01 b 14 61 0 15 b 5 28 0 04 c NPK 0 95 0 03 a 0 56 0 02 a 13 95 0 14 c 5 36 0 02 b 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 堿解氮 mg kg 1 Available N 速效磷 mg kg 1 Available P 速效鉀 mg kg 1 Available K 有機(jī)質(zhì) g kg 1 Organic matter 對照 Control 56 67 3 06 b 3 10 0 20 b 67 67 1 15 b 5 94 0 39 b NK 63 00 1 73 a 1 50 0 10 c 117 67 11 55 a 3 81 0 10 c 金玉 11 Jinyu 11 NPK 53 67 2 08 b 5 03 0 12 a 52 00 0 50 c 6 75 0 17 a 對照 Control 56 67 3 06 b 3 10 0 20 b 67 67 1 15 b 5 94 0 39 c NK 68 00 1 73 a 2 37 0 23 c 109 67 1 15 a 7 98 0 16 a 美國紅冠 American Hongguan NPK 68 33 2 31 a 5 30 0 26 a 61 00 0 55 c 6 94 0 12 b 對照 Control 56 67 3 06 a 3 10 0 20 b 67 67 1 15 c 5 94 0 39 b 紅寶石 1 號 Hongbaoshi 1 NK 55 33 0 58 a 1 37 0 12 c 105 00 2 70 a 4 94 0 10 c NPK 37 00 4 00 b 7 20 0 20 a 78 00 1 50 b 7 60 0 20 a 注 表示未種植 對照表示不施肥 下同 Note means no planting Control means no fertilization The same below Li Rong tan Yao Hua kai Liu Yue fei Yang Shang dong Effect of low phosphorus stress on root growth and soil bacterial diversity in rhizosphere of tomatoes 478 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 473 484 尤其低磷脅迫處理對番茄根際土壤 pH 影響更顯著 與對照相比 低磷脅迫處理的 3 個(gè)番茄品種根 際土壤 pH 分別降低了 2 5 3 2 和 5 0 總體說 平衡施肥處理在不同程度水平提高了番茄根際 土壤肥力 2 3 低磷脅迫對番茄根際土壤生物學(xué)性狀的影響 2 3 1 低磷脅迫對番茄根際土壤可培養(yǎng)微生物的影響 由表 3 可知 不同番茄品種根際土壤中可培養(yǎng)的細(xì)菌 真菌和放線菌數(shù)量均表現(xiàn)為 平衡施肥 低磷脅迫 對照 除 紅寶石 番茄品種外 低磷脅迫條件下番茄根際土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌 真菌 和放線菌數(shù)量均顯著低于對應(yīng)的平衡施肥處理 低磷脅迫處理?xiàng)l件下 紅寶石 1 號 根際土壤中 可培養(yǎng)細(xì)菌 放線菌數(shù)量最多 分別為對照的 3 99 倍和 4 03 倍 美國紅冠 根際土壤中可培養(yǎng)真 菌數(shù)量最多 為對照的 2 99 倍 表 3 低磷脅迫下根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量 Table 3 Numbers of microorganisms in the rhizosphere soil under low phosphorus stress 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 細(xì)菌 10 6 CFU g 1 Bacteria 真菌 10 4 CFU g 1 Fungi 放線菌 10 6 CFU g 1 Actinomycetes 對照 Control 10 11 0 38 c 2 61 0 24 c 6 34 0 72 c NK 28 11 0 95 b 6 15 0 46 b 19 20 2 08 b 金玉 11 Jinyu 11 NKP 35 53 0 15 a 7 87 0 82 a 29 27 1 22 a 對照 Control 10 11 0 38 c 2 61 0 24 c 6 34 0 72 c NK 29 29 0 99 b 7 80 0 43 b 17 22 1 15 b 美國紅冠 American Hongguan NKP 63 10 0 19 a 12 81 0 43 a 33 43 0 98 a 對照 Control 10 11 0 38 b 2 61 0 24 b 6 34 0 72 c 紅寶石 1 號 NK 40 32 0 30 a 5 86 0 57 a 25 50 1 22 b Hongbaoshi 1 NKP 42 73 0 13 a 6 23 0 30 a 29 79 0 68 a 2 3 2 低磷脅迫對番茄根際土壤C N P循環(huán)相關(guān)酶活性的影響 由表 4 可知 不同施肥處理的 3 個(gè)番茄根際土壤中 葡糖苷酶活性均表現(xiàn)為 平衡施肥 低 磷脅迫 對照 平衡施肥處理的不同番茄品種均顯著提高了氨肽酶的活性 分別為對照的 1 11 倍 1 10 倍和 1 11 倍 低磷脅迫處理的 美國紅冠 根際土壤中氨肽酶活性與對照相比差異不顯著 不 同處理對 3 個(gè)番茄品種根際土壤中磷酸酶的活性影響趨勢與 葡糖苷酶相同 與平衡施肥處理相 比 低磷脅迫處理的 3 個(gè)番茄品種根際土壤磷酸酶活性分別降低了 50 4 35 1 和 54 5 表 4 不同處理根際土壤相關(guān)酶活性 Table 4 Soil enzyme activity in the rhizosphere soil under low phosphorus stress 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 葡萄糖苷酶 nmol g 1 min 1 glucosidase 氨肽酶 nmol g 1 min 1 Aminopeptidase 磷酸二酯酶 nmol g 1 min 1 Phosphatase 對照 Control 0 34 0 15 c 15 58 0 07 c 0 28 0 09 c NK 1 86 0 09 b 16 13 0 18 b 0 66 0 04 b 金玉 11 Jinyu 11 NKP 2 57 0 01 a 17 26 0 11 a 1 33 0 02 a 對照 Control 0 34 0 15 c 15 58 0 07 b 0 28 0 08 c NK 2 15 0 03 b 15 40 0 19 b 0 51 0 03 b 美國紅冠 American Hongguan NKP 2 74 0 13 a 17 03 0 21 a 0 79 0 06 a 對照 Control 0 34 0 15 c 15 58 0 07 c 0 28 0 08 c 紅寶石 1 號 NK 1 94 0 03 b 16 45 0 19 b 0 48 0 03 b Hongbaoshi 1 NKP 3 37 0 03 a 17 28 0 15 a 1 06 0 04 a 2 3 3 低磷脅迫對番茄根際土壤微生物生物量C N P的影響 由表 5 可知 低磷脅迫下番茄根際土壤微生物生物量碳 氮和磷 雖然極顯著高于對照土壤 李榮坦 姚華開 劉岳飛 楊尚東 低磷脅迫對番茄根系生長及根際土壤細(xì)菌多樣性的影響 園藝學(xué)報(bào) 2016 43 3 473 484 479 卻極顯著低于對應(yīng)的平衡施肥處理 與平衡施肥相比 低磷脅迫處理的 3 個(gè)番茄品種根際土壤微生 物生物量碳含量分別降低了 36 2 25 3 和 25 2 微生物生物量氮含量分別降低了 55 3 27 9 和 11 0 微生物生物量磷含量分別降低了 45 0 46 0 和 26 0 表 5 低磷脅迫對根際土壤微生物生物量的影響 Table 5 Effects of low phosphorus stress on microbial biomass C N and P in rhizosphere soil 品種 Cultivar 施肥處理 Treatment 生物量碳 mg kg 1 Microbial biomass C 生物量氮 mg kg 1 Microbial biomass N 生物量磷 mg kg 1 Microbial biomass P 對照 Control 35 99 3 67 c 4 63 0 15 c 72 76 2 4 c NK 88 24 6 95 b 7 31 0 09 b 123 68 4 01 b 金玉 11 Jinyu 11 NPK 138 37 16 65 a 16 37 0 24 a 225 01 1 29 a 對照 Control 35 99 3 67 c 4 63 0 15 c 72 76 2 40 c NK 115 43 9 46 b 10 10 0 34 b 208 68 7 50 b 美國紅冠 American Hongguan NPK 154 59 12 36 a 14 01 0 88 a 386 70 4 57 a 對照 Control 35 99 3 67 c 4 63 0 15 c 72 76 2 40 c 紅寶石 1 號 Hongbaoshi 1 NK 132 57 7 06 b 8 30 0 27 b 321 74 4 11 b NPK 177 19 9 54 a 9 33 0 07 a 434 78 4 17 a 2 4 低磷脅迫對番茄根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響 2 4 1 土壤細(xì)菌16S rDNA基因V3區(qū)PCR擴(kuò)增 提取的土壤微生物總 DNA 為模板 GC F338 和 R518 為擴(kuò)增引物 對 16S rDNA V3 可變區(qū)進(jìn) 行 PCR 擴(kuò)增 如圖 1 所示 16S rDNA 擴(kuò)增后的 DNA 片段長度為 250 bp 左右 特異性好 無雜帶 與理論值相符 PCR 擴(kuò)增效果良好 擴(kuò)增產(chǎn)物可以進(jìn)行 DGGE 試驗(yàn) 圖 1 PCR 擴(kuò)增產(chǎn)物的瓊脂糖凝膠電泳圖譜 Fig 1 Agarose gel electrophoresis of PCR amplification products 2 4 2 土壤細(xì)菌群落DGGE圖譜分析 應(yīng)用 DGGE 技術(shù)分離 16S rDNA V3 區(qū)片段 PCR 產(chǎn)物 可分離到數(shù)目不等 位置各異的電泳條 帶 圖 2 整個(gè) DGGE 圖譜有 56 個(gè)帶型 各泳道條帶數(shù)為 24 45 條不等 其中對照泳道的條帶 數(shù)最少 平衡施肥處理下 紅寶石 1 號 泳道的條帶數(shù)最多 且出現(xiàn) 4 條優(yōu)勢條帶 4 5 6 7 各泳道之間條帶數(shù)和位置差異比較明顯 個(gè)別條帶在灰度值上也有一定的差異 且 3 個(gè)番茄品種低 磷脅迫處理的泳道條帶數(shù)比平衡施肥處理泳道條帶數(shù)均有減少 與各處理泳道相比較 對照泳道的 灰度明顯偏低 1 4 5 7 9 10 11 16 17 條帶 雖然在每個(gè)泳道的灰度不同 但是所有處 理共有條帶 與對照相比 不同施肥處理下 3 個(gè)番茄根際土壤泳道都增加了 2 3 6 13 14 條帶 這可能與番茄根系活動可以提高土壤微生物豐富度有關(guān) 8 12 15 條帶是 3 個(gè)番茄品種平衡施肥 處理的特有條帶 且對照中不存在 這些條帶代表平衡施肥處理的特有細(xì)菌種群 Li Rong tan Yao Hua kai Liu Yue fei Yang Shang dong Effect of low phosphorus stress on root growth and soil bacterial diversity in rhizosphere of tomatoes 480 Acta Horticulturae Sinica 2016 43 3 473 484 圖 2 低磷脅迫下番茄根際土壤細(xì)菌 DGGE 圖譜 1 17 為優(yōu)勢條帶