土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響_蔡樹(shù)美.pdf

土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落 結(jié)構(gòu)的影響 蔡樹(shù)美1 2 3 諸海燾1 2 3 俞曉梅4 張德閃1 2 3 徐四新1 2 3 1 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所 上海 201403 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站 上海 201403 3 上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201403 4 長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院 湖北 荊州 434000 摘 要 目的 為解析土壤鹽分含量對(duì)濱海鹽堿地設(shè)施蔬菜土壤微生態(tài)的影響 探明設(shè)施蔬菜根際土壤離子組成及 微生物群落組成對(duì)鹽分的響應(yīng)過(guò)程 方法 研究 以 2個(gè)品種蔬菜 長(zhǎng)香絲瓜 上海青 為試材 分析了不同土壤含 鹽量下 高鹽 4 g kg 1 中鹽 2 4 g kg 1 低鹽 2 g kg 1 2種蔬菜根際土壤主要鹽基離子組成的差異 并利 用 qPCR及高通量測(cè)序技術(shù) 調(diào)查 了 2種品種蔬菜在不同土壤含鹽量下根際微生物群落豐度及多樣性的差異 結(jié)果 設(shè)施菜田土壤主要鹽基陽(yáng)離 子 Na 與 K Mg2 與 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 主要鹽基陰離 子 SO42 與 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均顯著相關(guān) 高鹽條件下設(shè)施蔬菜根際土壤中水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低鹽脅迫 且高鹽條件下 長(zhǎng)香絲瓜根際土壤 中 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上海青 隨著土壤含鹽量的增加 設(shè)施蔬菜根際土壤中細(xì)菌和 真菌數(shù)量總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì) 不同土壤含鹽量對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu)的影響大于細(xì)菌 對(duì)比低鹽和高鹽條件下設(shè) 施 菜 田 土 壤 微 生 物 群 落 結(jié) 果 顯 示 兩 組 之 間 細(xì) 菌 有 2個(gè) 菌 屬 鞘 氨 醇 單 胞 菌 屬 Sphingomonas與 norank f Methyloligellaceae 真菌 有 8個(gè)菌屬 腐質(zhì)霉 屬 Humicola與被孢霉 屬 Mortierella等 的相對(duì)豐度存在顯著 差異 中鹽和高鹽條件下 長(zhǎng)香絲瓜和上海青根際土壤優(yōu)勢(shì)真菌腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占 比均大幅提升 結(jié)論 高鹽條件下長(zhǎng)香絲瓜和上海青根際土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量均升高 設(shè)施蔬菜通過(guò)招募根際 土壤中芽孢桿菌 屬 Bacillus 腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora等優(yōu)勢(shì)耐鹽微生物來(lái)增強(qiáng)根系對(duì)土壤鹽脅 迫的適應(yīng)性 關(guān) 鍵 詞 土壤含鹽量 設(shè)施蔬菜 微生物群落 離子組成 中圖分類(lèi)號(hào) S642 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0564 3945 2024 05 1453 09 DOI 10 19336 ki trtb 2023030302 蔡樹(shù)美 諸海燾 俞曉梅 張德閃 徐四新 土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影 響 J 土壤通報(bào) 2024 55 5 1453 1461 CAI Shu mei ZHU Hai tao YU Xiao mei ZHANG De shan XU Si xin Effects of Soil Salinity on Microbial Community Structure in Rhizosphere of Greenhouse Vegetables J Chinese Journal of Soil Science 2024 55 5 1453 1461 研究意義 鹽堿地是我國(guó)重要的后備耕地資 源 但惡劣的土壤生態(tài)環(huán)境限制了鹽堿地的開(kāi)發(fā)利 用 特別是在濱海地區(qū) 土壤鹽堿化嚴(yán)重影響了區(qū) 域農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 土壤鹽堿化不僅改變了土壤的理化性 質(zhì) 造成土壤板結(jié) 滲水性差 作物根系難以下扎 引起僵苗 枯萎 而且直接影響微生物種群 數(shù)量 和活性 使得土壤微生態(tài)區(qū)系失衡 1 2 為了堅(jiān) 守 18 億畝耕地紅線(xiàn) 維持耕地占補(bǔ)平衡 有效利用我國(guó) 近 5 0億畝的鹽堿耕地 研發(fā)簡(jiǎn)易實(shí)用的濱海鹽堿地 改良技術(shù)方法尤為重要 選育耐鹽作物品種 發(fā)揮 生物資源優(yōu)勢(shì)是當(dāng)前濱海鹽堿地改良利用的重要策 略 3 根際微生物能有效促進(jìn)植物的抗逆能力 一些 根際有益微生物能夠顯著促進(jìn)作物在鹽脅迫下的生 長(zhǎng) 具有開(kāi)發(fā)為鹽堿地增產(chǎn)專(zhuān)用微生物肥料的潛力 為利用農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)提高鹽堿耕地作物產(chǎn)量提供 了資源節(jié)約型 環(huán)境友好型的新思路 前人研究 進(jìn)展 前人研究中已知根際微生物增強(qiáng)植物耐鹽的 機(jī)理 主要包括微生物能夠協(xié)助植物重建離子和滲 透平衡 微生物可以減少脅迫反應(yīng)對(duì)植物造成的細(xì) 胞損傷 以及能夠恢復(fù)植物在鹽脅迫條件下的生 收稿日期 2023 03 03 修訂日期 2023 11 12 基金項(xiàng)目 上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 20392003400 上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目 202202080012F01101 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院卓越團(tuán)隊(duì)計(jì)劃 滬農(nóng)科卓2022 008 和上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)所應(yīng)用技術(shù)研究專(zhuān)項(xiàng) 生科創(chuàng) YJ 2022 03 資助 作者簡(jiǎn)介 蔡樹(shù)美 1984 女 江蘇溧陽(yáng)人 博士 副研究員 主要從事植物逆境生理研究 E mail caishumei 通訊作者 E mail htzhu123 第 55 卷第 5 期 土 壤 通 報(bào) Vol 55 No 5 2024年 10月 Chinese Journal of Soil Science Oct 2024 長(zhǎng) 4 6 盡管高滲透強(qiáng)度和離子毒性作用抑制了土壤 微生物的活性 但許多研究表明某些微生物類(lèi)群在 頻繁暴露于鹽脅迫條件下可以有效誘導(dǎo)植物生物化 學(xué)和形態(tài)學(xué)發(fā)生改變 進(jìn)而增強(qiáng)植物對(duì)鹽脅迫的耐 受性 7 已報(bào)道的能夠增強(qiáng)植物耐鹽的微生物種類(lèi) 包括細(xì)菌界變形桿菌門(mén) 厚壁菌門(mén)及放線(xiàn)菌門(mén)等以 及真菌界子囊菌門(mén) 球囊菌門(mén)等 8 這些微生物互作 介導(dǎo)的鹽脅迫下作物養(yǎng)分利用效率的主要替代策略 包括誘導(dǎo)作物吲哚乙酸產(chǎn)生 增強(qiáng)植物生根系統(tǒng) 促進(jìn)有機(jī)酸分泌以及刺激胞外多糖等復(fù)雜化合物積 累等 9 10 本研究切入點(diǎn) 目前 國(guó)內(nèi)外研究作物 耐鹽機(jī)制大多從植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性角度探討 主 要圍繞著不同鹽分含量下種子萌發(fā) 生物量積累 滲透調(diào)節(jié) 抗氧化系統(tǒng)等方面的變化進(jìn)行研究 11 13 在根際微生物群落對(duì)不同含鹽量的響應(yīng)方面報(bào)道相 對(duì)較少 且研究多以水稻 棉花 向日葵 林木等 常見(jiàn)耐鹽植物為研究對(duì)象 14 16 對(duì)于不同含鹽量下蔬 菜等經(jīng)濟(jì)作物根際土壤微生物的變化研究相對(duì)較少 蔬菜耐鹽性較弱 一般只能在含鹽量 為 0 8 以下的 土壤中生長(zhǎng) 17 濱海地區(qū)土壤重度鹽堿化問(wèn)題對(duì)蔬 菜的生產(chǎn)力和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)形成較大的威脅 長(zhǎng)期限制 著濱海地區(qū)蔬菜的播種面積和產(chǎn)品質(zhì)量的提升 但 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)效益高 其鹽堿地栽培為濱海鹽堿地 生態(tài)化 高值化利用提供了新的途徑 同時(shí) 蔬菜 根際微生物群落是鹽堿地改良利用的重要生物資源 對(duì)蔬菜根際微生物的研究也可為濱海鹽堿土的改良 和治理提供新的思路 因此 探究不同品種蔬菜響 應(yīng)土壤含鹽量變化的根際反饋?zhàn)饔脵C(jī)制顯得尤為重 要 擬解決的問(wèn)題 本試驗(yàn)從耐鹽根際環(huán)境出發(fā) 通過(guò)比 較 2種蔬菜作物在不同土壤含鹽量條件下根 際土壤離子組成和微生物群落變化的研究 探討土 壤鹽分對(duì)不同品種蔬菜作物根際反饋?zhàn)饔脵C(jī)制 為 進(jìn)一步研究蔬菜耐鹽根際效應(yīng)奠定理論基礎(chǔ) 并為 濱海地區(qū)選育耐鹽蔬菜品種資源提供一定的理論 依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)區(qū)位于上海市奉賢區(qū)五四農(nóng)場(chǎng)六隊(duì)園藝場(chǎng) 121 73 24 E 30 87 96 N 受亞熱帶海洋性季 風(fēng)氣候影響 年平均氣 溫 16 1 年平均降水量 為 1191 5 mm 常年無(wú)霜 期 225 d 試驗(yàn)區(qū)土壤為濱海 鹽土 圍墾年 限 50 a以上 設(shè)施大棚棚齡 為 6 a 試 驗(yàn)地設(shè)施大棚土壤基礎(chǔ)理化性狀見(jiàn)表1 表 1 供試土壤基礎(chǔ)理化性狀 Table 1 Physicochemical parameters of the soil with different salt levels 鹽分等級(jí) Salt level 有機(jī)質(zhì) g kg 1 Organic matter 可溶性總鹽 g kg 1 Total dissolved salt 堿解氮 mg kg 1 Alkali hydrolyzale nitrogen 有效磷 mg kg 1 Available phosphorus 速效鉀 mg kg 1 Available potassium pH 高鹽區(qū) 25 85 0 92 5 26 1 06 133 92 9 31 100 40 10 61 321 50 54 45 7 64 0 16 中鹽區(qū) 29 15 2 33 2 85 0 33 167 00 18 39 98 90 8 63 293 50 13 44 7 76 0 03 低鹽區(qū) 23 42 1 02 1 86 0 23 71 19 1 25 100 15 7 28 175 20 14 42 7 83 0 16 1 2 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)選用二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 主因素 為 3個(gè) 鹽分梯度 副因素 為 2個(gè)耐鹽蔬菜品種 根據(jù)前期 土壤本底調(diào)查數(shù)據(jù) 設(shè) 置 3個(gè)土壤鹽分梯度 LS 低 鹽 4 g kg 1 并根據(jù)試驗(yàn)區(qū)園藝場(chǎng)前期初步篩選獲得 的耐鹽蔬菜品種 選 擇 1個(gè)耐鹽瓜菜品種 C1 長(zhǎng)香 絲瓜 Luffa cylindrica L 以 及 1個(gè)耐鹽葉菜品種 C2 上海青 Brassica chinensis L 作為供試作物 試驗(yàn)共 計(jì) 6個(gè)處理 分別記 為 LSC1 LSC2 MSC1 MSC2 HSC1和 HSC2 每個(gè)處理分別選取符合鹽 分梯度條件且前茬種植作物品種及施肥結(jié)構(gòu)保持一 致 的 3個(gè)大棚作 為 3個(gè)重復(fù) 共計(jì)選 取 18個(gè)大棚開(kāi) 展試驗(yàn)與跟蹤調(diào)查 上海青的茬口安排為一年五茬 本茬播種時(shí)間 為 2022年 5月 30日 種植行 距 30 cm 株 距 10 cm 生長(zhǎng)期 為 45 d 施肥結(jié)構(gòu)為 基施復(fù)合 肥 N P2O5 K2O 15 15 15 450 kg hm 2 追 施 1次 15 15 15復(fù)合 肥 450 kg hm 2 長(zhǎng)香絲瓜的茬口安排 為一年一茬 本茬移栽時(shí)間 為 2022年 3月 24日 種植行 距 60 cm 株 距 30 cm 施肥結(jié)構(gòu)為 基施菜 籽 餅 4500 kg hm 2和 15 15 15復(fù)合 肥 750 kg hm 2 追 施 1次高鈣復(fù)合肥 N P2O5 K2O Ca 12 5 30 20 240 kg hm 2和 4次 15 15 15復(fù)合肥 每次用 量 450 kg hm 2 其余田間管理均參照?qǐng)@藝場(chǎng)常規(guī)管理進(jìn)行 1 3 樣品采集與檢測(cè) 土壤樣品采集 2022年 8 月 22 日 用土鉆對(duì)角 線(xiàn) 5 點(diǎn)取樣法采集 0 20 cm 耕層土樣 去除雜質(zhì)均 勻混合后四分法留取 1 5 kg 自然風(fēng)干 研磨過(guò)篩 1454 土 壤 通 報(bào) 第 55 卷 用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定 同時(shí) 采用抖根法采集根 際土壤樣品 選取長(zhǎng)勢(shì)一致的作物 將作物根系上 的附著土壤作為根際土壤 挑出根系 石塊 蟲(chóng)體 等雜物 用手輕抖根系剩余土壤裝于無(wú)菌自封袋 過(guò)篩后裝于離心管 80 保存 用于測(cè)定土壤中細(xì) 菌 真菌的豐度和多樣性 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤可溶性總鹽含量用烘 干殘?jiān)y(cè)定 土壤 pH 值測(cè)定采用 pH 計(jì)法 土水 比 1 2 5 土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀外 加熱法 土壤有效磷含量測(cè)定采用鉬藍(lán)比色法 堿 解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法 速效鉀含量測(cè)定采 用火焰光度法 土壤中水溶性八大離子測(cè)定方法為 K Na 用火焰光度計(jì)法測(cè)定 Ca2 Mg2 用 EDTA 絡(luò) 合 滴 定 法 測(cè) 定 CO32 HCO3 用 標(biāo) 準(zhǔn) H2SO4滴定法測(cè)定 SO42 用 EDTA 絡(luò)合滴定法測(cè)定 Cl 用標(biāo)準(zhǔn)硝酸銀滴定法測(cè)定 18 土壤微生物群落豐度測(cè)定 采用實(shí)時(shí)熒光定 量 qPCR 方法測(cè)定土壤細(xì)菌 真菌豐度 采用 MIO BIO PowerSoil DNA Isolation Kit 試劑盒 Carlsbad USA 提取土壤 總 DNA 提取過(guò)程按試劑盒說(shuō)明書(shū) 進(jìn)行 經(jīng) DNA 濃度和純度檢測(cè)后 利用 ABI GeneAmp 9700 型 PCR 分別針對(duì)細(xì)菌 16S rRNA 真 菌 ITS 進(jìn)行 PCR引物擴(kuò)增 細(xì)菌引物 為 338F 5 ACTCCTACGGGAGGCAGCAG 3 和 806R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 真菌引物為 ITS1F 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 和 ITS2R 5 GGACTACHVGGGTWTCTAAT 3 PCR 反應(yīng)體系 為 20 L 5 TransStart FastPfu 緩沖 液 4 L 2 5 mmol L 1 dNTPs 2 l 上游引物 5 mol L 1 0 8 l 下游引物 5 mol L 1 0 8 l TransStart FastPfu DNA 聚合酶 0 4 l DNA 模板 1 l 最后用滅菌 ddH2O 補(bǔ)足 細(xì)菌擴(kuò)增條件 95 預(yù)變性 3 min 27 個(gè)循環(huán) 95 變 性 30 s 55 退 火 30 s 72 延 伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 真菌擴(kuò)增條件 95 預(yù)變性 3 min 35個(gè)循環(huán) 95 變性 30 s 55 退火 30 s 72 延伸 30 s 最后 72 延伸 10 min 19 qPCR 反應(yīng)在專(zhuān)用的 PCR 八連 管 Axygen USA 中進(jìn)行 所有樣品做 3個(gè)重復(fù) 使用 Takara 的 fast qPCR 試劑盒 實(shí)時(shí)定 量 PCR 在 FTC 3000 熒光定量 PCR 儀中進(jìn)行 土壤樣品與標(biāo) 準(zhǔn)曲線(xiàn)同時(shí)擴(kuò)增 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品中的基因 拷貝數(shù) 以每克鮮土基因拷貝數(shù)為單位進(jìn)行分析 土壤細(xì)菌和真菌群 落 Illumina Miseq測(cè)序 使 用 2 瓊脂糖凝膠回 收 PCR產(chǎn)物 利 用 AxyPrep DNA GelExtraction Kit Axygen Biosciences Union City CA USA 進(jìn)行純化 Tris HCl洗脫 2 瓊 脂 糖 電 泳 檢 測(cè) 19 利 用 QuantiFluor TM ST Promega USA 進(jìn)行檢測(cè)定量 使 用 TruSeq DNA PCR Free SamplePreparation Kit Illumina公司 建庫(kù)試劑盒進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建 利 用 Illumina公司 的 Miseq PE 2 300平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序 委托上海美吉生物 醫(yī)藥科技有限公司 測(cè)序后對(duì)有效序列進(jìn)行過(guò)濾 優(yōu)化處理 使用 UPARSE 軟件 以 97 的序列相似 度為標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行 OTUs operational taxonomic units 聚類(lèi)和物種分類(lèi)注釋 1 4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用 Excel 2010和 SPSS 18 0軟件進(jìn)行處 理和繪圖 采用兩因素方差分析比較鹽分脅迫和耐 鹽蔬菜品種對(duì)土壤鹽分離子組成以及微生物數(shù)量的 影響 采用鄧肯 Duncan 法進(jìn)行顯著性比較 采 用pearson相關(guān)分析主要鹽基離子之間的相關(guān)性 2 結(jié)果與分析 2 1 設(shè)施菜田土壤主要鹽基離子組成及相關(guān)性分析 不同土壤含鹽量下設(shè)施蔬菜根際土壤離子組成 測(cè)定結(jié)果表明 表 2 高鹽條件下土壤水溶 性 Na 和 Cl 含量高于低鹽條件 對(duì)比兩種耐鹽品種蔬菜 高鹽土壤設(shè)施長(zhǎng)香絲瓜根際土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上海青 各處理土壤水 溶 性 CO32 均未檢出 低 于 0 012 g kg 1 比較不同 處理對(duì)土壤陰陽(yáng)離子的影響 發(fā)現(xiàn)不同土壤含鹽量 對(duì)各鹽基離子含量 除 CO32 外 的影響均達(dá)到極顯 著水平 P 0 01 不同蔬菜品種處理對(duì)土壤水溶 性 K Ca2 Mg2 SO42 HCO3 和 Cl 含量的影 響均達(dá)到顯著水平 P 0 05 設(shè)施蔬菜根際土壤鹽分離子含量之間的相關(guān)性 結(jié)果表明 表 3 土壤水溶 性 K 與 Na Ca2 Mg2 SO42 和HCO3 均顯著相關(guān) 且與Ca2 Mg2 和 SO42 相關(guān)性達(dá)到極顯著水平 P 0 01 Na 與 K Mg2 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 且 與 Mg2 相關(guān)性達(dá)到極顯著水平 P 0 01 Ca2 與 K Mg2 SO42 和 Cl 均極顯著相關(guān) P 0 01 Mg2 與 K Na Ca2 SO42 和 HCO3 均顯著相關(guān) 且 與 K Na Ca2 和 SO42 相關(guān)性達(dá)到極顯著水平 P 0 01 SO42 與 K Na Ca2 Mg2 HCO3 及 Cl 均顯著相關(guān) 且 與 K Ca2 Mg2 正 5 期 蔡樹(shù)美等 土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1455 相關(guān)性達(dá)到極顯著水平 P 0 01 HCO3 與 K Na Mg2 和 SO42 均顯著相關(guān) Cl 與 Ca2 和 SO42 均極顯著負(fù)相關(guān) P 0 01 表 3 設(shè)施蔬菜根際土壤鹽分離子之間的pearson相關(guān)系數(shù) 因子 Factor K Na Ca2 Mg2 SO42 HCO3 Cl K 1 000 Na 0 573 1 000 Ca2 0 741 0 400 1 000 Mg2 0 957 0 622 0 757 1 000 SO42 0 941 0 530 0 818 0 864 1 000 HCO3 0 482 0 566 0 344 0 494 0 493 1 000 Cl 0 431 0 219 0 725 0 400 0 674 0 270 1 000 注 相關(guān)系數(shù)臨界值 R0 05 0 468 R0 01 0 590 n 18 2 2 含鹽量對(duì)設(shè)施菜田土壤微生物區(qū)系的影響 2 2 1 含鹽量 對(duì)設(shè)施菜田土壤細(xì)菌和真菌群落豐 度的影響 采用兩因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn) 比較了不同土 壤鹽分因子和不同耐鹽蔬菜品種對(duì)設(shè)施菜田土壤細(xì) 菌和真菌數(shù)量的影響 表 4 結(jié)果顯示 不同鹽分 條件對(duì)細(xì)菌和真菌數(shù)量均有顯著影響 P 0 05 不同耐鹽蔬菜品種對(duì)真菌數(shù)量有顯著影響 P 0 05 但對(duì)細(xì)菌數(shù)量影響不顯著 隨著鹽分含量升 高 長(zhǎng)香絲瓜和上海青根際土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量 總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì) 中鹽條件下 長(zhǎng)香 絲瓜根際土壤中真菌數(shù)量顯著高于其他處理 P 0 05 達(dá)到2 48 108 copies g 1 表 4 含鹽量對(duì)2種蔬菜根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的影響 Table 4 Effect of soil salinity on soil bacteria and fungi in the rhizosphere of two vegetable species 處理 Treatment 細(xì)菌 16S 基因拷貝數(shù) 16S Quantity 1010 copies g 1 真菌 ITS 基因拷貝數(shù) ITS Quantity 108 copies g 1 HSC1 0 85 0 09 b 1 04 0 17 bc HSC2 0 95 0 09 b 1 41 0 19 b MSC1 1 32 0 11 a 2 48 0 09 a MSC2 1 19 0 05 a 0 54 0 07 d LSC1 0 69 0 05 b 0 64 0 07 cd LSC2 0 79 0 07 b 0 38 0 03 d 變異來(lái)源 方差顯著性統(tǒng)計(jì) 方差顯著性統(tǒng)計(jì) 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 表 2 含鹽量對(duì)2種蔬菜根際土壤鹽分離子組成的影響 Table 2 Effect of soil salinity on ion composition in the rhizosphere of two vegetable species 處理 Treatment K g kg 1 Na g kg 1 Ca2 g kg 1 Mg2 g kg 1 CO32 g kg 1 SO42 g kg 1 HCO3 g kg 1 Cl g kg 1 HSC1 0 03 0 00 b 0 24 0 01 a 0 13 0 01 c 0 05 0 00 b ND 0 31 0 05 e 0 18 0 02 cd 0 25 0 01 b HSC2 0 02 0 00 b 0 27 0 01 a 0 10 0 00 d 0 03 0 00 d ND 0 44 0 05 cd 0 21 0 01 b 0 27 0 01 a MSC1 0 03 0 00 b 0 18 0 01 b 0 10 0 01 d 0 04 0 00 bc ND 0 36 0 03 de 0 20 0 00 bc 0 27 0 01 a MSC2 0 28 0 01 a 0 16 0 01 b 0 22 0 01 a 0 11 0 00 a ND 1 50 0 12 a 0 16 0 01 d 0 15 0 01 d LSC1 0 02 0 00 b 0 21 0 02 ab 0 17 0 01 b 0 04 0 00 bc ND 0 63 0 04 b 0 18 0 01 cd 0 16 0 00 cd LSC2 0 01 0 00 b 0 26 0 03 a 0 14 0 01 c 0 04 0 00 bc ND 0 50 0 06 c 0 25 0 01 a 0 17 0 00 c 變異來(lái)源 方差顯著性統(tǒng)計(jì) 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 鹽分梯度 蔬菜品種 ns 注 表示P 0 05 表示P 0 01 ND表示未檢出 ns表示P 0 05 不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著 P 0 05 下同 1456 土 壤 通 報(bào) 第 55 卷 2 2 2 含鹽量對(duì)設(shè)施菜田土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu) 的影響 基 于 Bray Curtis距離 在 ASV水平 的 PCoA分析揭示了不同含鹽量下土壤樣本微生物群落 之間的相似性 圖 1 不同顏色或形狀的點(diǎn)代表不 同分組的樣本 兩樣本點(diǎn)越接近 表明兩樣本物種 組成越相似 橫縱坐標(biāo)表示相對(duì)距離 結(jié)果表明在 不同含鹽量下 土壤樣本細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)之間 均發(fā)生顯著分離 圖 1a和 圖 1b 對(duì)于細(xì)菌群落結(jié) 構(gòu)而言 低鹽條件下分離顯著 圖 1a 而對(duì)于真 菌群落結(jié)構(gòu) 高鹽條件下分離顯著 圖 1b 表明 高鹽條件顯著改變了土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成 圖 1 不同含鹽量下2種蔬菜根際土壤細(xì)菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)的PCoA分析 Fig 1 PCoA analysis of community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species under different soil salinity 通過(guò)對(duì)低鹽和高鹽條件下設(shè)施菜田土壤微生物 群落進(jìn)行比較 圖 2 發(fā)現(xiàn)對(duì)于細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群只有 鞘 氨 醇 單 胞 菌 屬 Sphingomonas與 norank f Methyloligellaceae兩個(gè)菌屬相對(duì)豐度顯著不同 P 0 05 Wilcoxon秩和檢驗(yàn) 而對(duì)于真菌優(yōu)勢(shì)菌群 兩組之間有八個(gè)菌屬 腐質(zhì)霉 屬 Humicola 被孢霉 屬 Mortierella 鐮 刀 菌 屬 Fusarium 毛 殼 菌 屬 Chaetomium 翅 孢 殼 屬 Emericellopsis 曲 霉 屬 Aspergillus unclassified p Ascomycota 瓶 毛 殼 屬 Lophotrichus 的相對(duì)豐度有顯著差異 P 0 05 圖 2 不同含鹽量對(duì)2種蔬菜根際土壤細(xì)菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)的影響 兩兩比較 Fig 2 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a and fungi b in the rhizosphere soil of two vegetable species pairwise comparison 圖 3顯示了不同含鹽量下長(zhǎng)香絲瓜和上海青根 際土壤細(xì)菌和真菌屬水平群落組成結(jié)構(gòu) 相對(duì)豐度 0 01的菌屬合并 為 Others 從圖中看出 不同含鹽 量下長(zhǎng)香絲瓜和上海青的根際土壤樣本中 細(xì)菌主 要 優(yōu) 勢(shì) 菌 群 組 成 相 似 芽 孢 桿 菌 Bacillus和 Vicinamibacterales為主要優(yōu)勢(shì)物種 兩者之和占比 均超過(guò)10 圖3a c 不同含鹽量下 長(zhǎng)香絲瓜和上海青根際土壤樣 5 期 蔡樹(shù)美等 土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1457 本中真菌主要優(yōu)勢(shì)菌群組成均存在較大差異 圖 3d e f 低鹽條件下 圖 3d 鐮刀菌 屬 Fusarium 被孢霉 屬 mortierella豐度占比在長(zhǎng)香絲瓜根際土壤 中分別 為 13 6 和 10 4 上海青分別 為 14 8 和 12 3 中鹽條件下 圖 3e 長(zhǎng)香絲瓜根際土壤優(yōu) 勢(shì)真菌曲霉 屬 Aspergillus和腐質(zhì)霉 屬 Humicola豐度 占比分別達(dá) 到 27 3 和 14 6 上海青新赤殼 屬 Neocosmospora和被孢霉 屬 mortierella豐度占比達(dá) 到 13 4 和 9 6 高鹽條件下 圖 3f 長(zhǎng)香絲瓜 根際土壤優(yōu)勢(shì)真菌腐質(zhì)霉 屬 Humicola和新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占比分別 為 9 7 和 9 2 其在 上海青根際土壤中豐度占比分別 為 20 5 和 10 3 此外 研究結(jié)果顯示在低鹽 中鹽和高鹽條件下 上海青根際土壤腐質(zhì)霉 屬 Humicola豐度占比分別 為 0 9 3 4 和 20 5 在低鹽 中鹽和高鹽條件下 絲瓜根際土壤新赤殼 屬 Neocosmospora豐度占比分 別 為 5 4 6 3 和 9 2 體現(xiàn)了不同蔬菜品種在 根際土壤中招募耐鹽真菌的差異性 2 2 3 鹽基離子對(duì)蔬菜根際土壤微生物群落的影響 基 于 Spearman相關(guān)性檢驗(yàn)方法 分析了鹽堿地設(shè) 施菜田土壤鹽基離子與微生物群落屬水平的相關(guān)性 圖 4 整體而言 細(xì)菌群落受鹽基陽(yáng)離子的影響 較大 而真菌群落受鹽基陰離子的影響更大 從細(xì) 菌優(yōu)勢(shì)菌屬與鹽基離子的相關(guān)性來(lái)看 Na 與鏈霉菌 屬 Streptomyces顯 著 正 相 關(guān) P 0 05 與 Vicinamibacterales顯著負(fù)相關(guān) P 0 05 真菌優(yōu) 勢(shì)菌屬受鹽基離子的影響相較于細(xì)菌更大 其中 SO42 與 鐮 刀 菌 屬 Fusarium極 顯 著 正 相 關(guān) P 0 01 與毛殼菌 屬 Chaetomium顯著負(fù)相關(guān) P 0 05 HCO3 與毛殼菌 屬 Chaetomium顯著正相關(guān) P 0 05 與鐮刀菌 屬 Fusarium及曲霉 屬 Aspergillus均呈顯著負(fù)相關(guān) P 0 05 3 討論 3 1 鹽堿地設(shè)施菜田土壤鹽分積累及鹽基離子之間 的相關(guān)性 研究不同耐鹽品種蔬菜種植與土壤鹽分變化 主要鹽基離子組成的關(guān)系 可從離子角度明確設(shè)施 菜田鹽堿化主要障礙因子 本試驗(yàn)條件下 菜田土 壤水溶性陽(yáng)離子 中 Na 和 Ca2 含量較高 水溶性陰 離子 中 SO42 和 Cl 含量較高 并 且 Na 含量差異主 要由含鹽量引起 而 Ca2 SO42 和 Cl 含量差異受 含鹽量和蔬菜品種的雙重影響 K Na Ca2 Mg2 與 SO42 和 HCO3 兩兩之間均有顯著相關(guān)性 圖 3 不同含鹽量對(duì)2種蔬菜根際土壤細(xì)菌 a b c 和真菌 d e f 屬水平群落結(jié)構(gòu)的影響 Fig 3 Effect of different soil salt levels on the community structure of bacteria a b c and fungi on genus level d e f in the rhizosphere soil of two vegetable species 1458 土 壤 通 報(bào) 第 55 卷 表 2 3 有研究表明高鹽條件下 高含 量 Na 造 成粘土顆粒粘在一起的力大大減弱 使土壤顆粒崩 解 膨脹和分散 最終破壞土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu) 土壤顆 粒膨脹和分散引起表層板結(jié)和硬化 影響水分入滲 率和導(dǎo)水率 從而降低作物根際養(yǎng)分吸收 20 21 石灰 性土壤及鹽漬化土壤中一般鈣離子含量較高 過(guò)高 的鈣離子含量容易造成土 壤 pH升高 并抑制作物對(duì) 磷和鐵等元素的吸收 22 本研究中不同含鹽量土壤 中鈣離子含量高可能是由于高鹽條件下根際土壤微 生物在分解過(guò)程中產(chǎn) 生 CO2 降低了根際微 區(qū) pH 進(jìn)而促進(jìn)了石灰性土壤 中 CaCO3等碳酸鹽礦物的分 解 23 土壤中過(guò)量 的 SO42 易活化土壤中的鋁離子 對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用 且易在土壤中形成硫化氫氣 體 破壞土壤中的好氧有益微生物 促進(jìn)厭氧型的 有害微生物生長(zhǎng) 導(dǎo)致土傳性病害的發(fā)生 此外 過(guò)量 的 SO42 可以跟土壤中施入的離子態(tài)的鈣 如硝 酸鈣 等反應(yīng) 形成硫酸鈣 加劇土壤板結(jié) 24 本 試驗(yàn) 中 Cl 含量 與 SO42 Ca2 極顯著負(fù)相關(guān) 表 3 土壤中過(guò)高 的 Cl 含量除易造成土壤板結(jié)問(wèn)題外 還 會(huì)激活土壤中鋁和錳等金屬元素活性 增加土壤滲 透勢(shì) 并加劇土壤鹽害 導(dǎo)致作物燒根燒苗和根系 養(yǎng)分脅迫 缺乏或毒害 25 3 2 鹽堿土壤微生物多樣性與鹽基離子之間的相關(guān)性 影響鹽堿土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要生態(tài)因子 有土壤鹽堿類(lèi)型和鹽堿度等 許多研究表明細(xì)菌群 落對(duì)鹽堿環(huán)境有較好的適應(yīng)能力 其群落豐度與多 樣性受鹽堿脅迫影響相對(duì)小 26 本研究結(jié)果表明細(xì) 菌群落主要受鹽基陽(yáng)離子的影響較大 而真菌群落 主要受鹽基陰離子的影響較大 不同含鹽量對(duì)土壤 細(xì)菌群落影響的差異性相對(duì)較小 圖 2 關(guān)聯(lián)分析 結(jié)果揭示在土壤細(xì)菌屬水平僅鏈霉菌 屬 Streptomyces Vicinamibacterales與土 壤 Na 含量相關(guān)性達(dá)到顯著 水平 圖 4 鏈霉菌 屬 Streptomyces具有較強(qiáng)鹽分 耐受性 屬于嗜鹽性放線(xiàn)菌門(mén) 在多種極端鹽環(huán)境 中被分離獲得 27 本研究亦證實(shí)其對(duì)土壤主要鹽基 陽(yáng) 離 子 Na 敏 感 與 Na 呈 顯 著 正 相 關(guān) 性 Vicinamibacterales是酸桿菌門(mén)典型的嗜酸性菌群 本研究揭示在濱海鹽堿地環(huán)境下 其豐度與土 壤 Na 呈顯著負(fù)相關(guān)性 此外 研究發(fā)現(xiàn)真菌優(yōu)勢(shì)菌屬受 鹽基離子的影響相較于細(xì)菌更大 且主要影響因子 為鹽基陰離子 土壤主要鹽基陰離 子 SO42 與鐮刀菌 屬 Fusarium極 顯 著 正 相 關(guān) 與 毛 殼 菌 屬 Chaetomium顯 著 負(fù) 相 關(guān) HCO3 與 毛 殼 菌 屬 Chaetomium顯著正相關(guān) 與鐮刀菌 屬 Fusarium及曲 霉 屬 Aspergillus均呈顯著負(fù)相關(guān) 圖 4 鐮刀菌 屬 Fusarium 曲霉 屬 Aspergillus作為常見(jiàn)植物病原 菌群 可侵染多種作物 并引起作物的根腐 莖腐 和穗腐等多種病害 28 毛殼菌 屬 Chaetomium作為重 要的生防菌資源 在作物病害防治方面具有突出的 表現(xiàn) 29 研究結(jié)果揭示了相較 于 HCO3 土壤 中 SO42 含量的升高可能更易造成設(shè)施蔬菜病害及連作 障礙發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)性增強(qiáng) 圖 4 設(shè)施菜田土壤細(xì)菌 a 和真菌 b 群落結(jié)構(gòu)與鹽基離子間的相關(guān)性圖 Fig 4 Correlation heatmap of soil salt based ions and soil bacterial a and fungal community structures b for facility vegetable fields 5 期 蔡樹(shù)美等 土壤鹽分含量對(duì)設(shè)施蔬菜根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響 1459 3 3 不同品種設(shè)施蔬菜根際土壤優(yōu)勢(shì)耐鹽微生物 根際土壤微生物對(duì)植物的生長(zhǎng)和代謝具有重要 影響 在面對(duì)高鹽條件等逆境脅迫時(shí) 微生物發(fā)揮 著重要作用 利用微生物來(lái)緩解鹽脅迫是提高鹽堿 土壤作物產(chǎn)量的重要手段 4 11 本研究在設(shè)施菜田高 鹽條件下發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌屬 Vicinamibacterales 腐質(zhì) 霉屬和新赤殼屬均能維持菌群相對(duì)豐度 表現(xiàn)出較 強(qiáng)的耐鹽性 比較不同蔬菜品種及不同含鹽量下土 壤樣本間細(xì)菌與真菌群落結(jié)構(gòu)的差異 發(fā)現(xiàn)各樣本 間真菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯大于細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異 圖 2 3 主要體現(xiàn)在細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在各物種豐度 上雖然各不相同 但屬水平種類(lèi)組成基本相同 而 真菌群落結(jié)構(gòu)不僅在各物種豐度上差異較大 并且 在屬水平種類(lèi)組成上也表現(xiàn)出較大差異 這可能是 由于真菌對(duì)于環(huán)境變化的響應(yīng)比細(xì)菌更加敏感 能 通過(guò)及時(shí)調(diào)整根際菌群結(jié)構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)外界鹽脅迫 干 旱等非生物脅迫 30 此外 本研究顯示高鹽條件下 上海青根際土壤的腐質(zhì)霉屬豐度占比提升 到 20 5 長(zhǎng)香絲瓜的新赤殼屬豐度占比提升 至 9 2 體現(xiàn)了 不同蔬菜品種在根際土壤中招募耐鹽真菌的策略差 異性 圖 3 高鹽條件下 上海青對(duì)于腐質(zhì)霉屬以 及長(zhǎng)香絲瓜對(duì)于新赤殼屬可能存在比較強(qiáng)烈的誘導(dǎo) 增殖作用 研究還發(fā)現(xiàn)了高鹽條件下芽孢桿菌 及 Vicinamibacterales等耐鹽微生物在設(shè)施蔬菜根際高 度富集 這些耐鹽微生物能夠通過(guò)自身的高鉀離子 吸收 強(qiáng)吸水性等機(jī)制很好地適應(yīng)高鹽環(huán)境 同時(shí) 與植物進(jìn)行互作 緩解植物根系的鹽脅迫 31 這些 耐鹽微生物或可成為設(shè)施鹽堿土壤蔬菜栽培以濱海 鹽堿地改良的可利用資源 4 結(jié)論 不同含鹽量下設(shè)施蔬菜根際土壤鹽分離子組成 存在差異 高鹽條件下長(zhǎng)香絲瓜和上海青根際土壤 水溶 性 Cl 含量均顯著高于低鹽條件 且長(zhǎng)香絲瓜根 際土壤水溶 性 SO42 HCO3 及 Cl 含量均顯著低于上 海青 設(shè)施蔬菜根際土壤細(xì)菌群落受土壤鹽基陽(yáng)離 子 Na 的影響較大 真菌群落受鹽基陰離 子 HCO3 SO42 的影響更大 隨著土壤含鹽量增加 長(zhǎng)香絲瓜 和上海青根際土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量總體呈現(xiàn)先上 升后下降的趨勢(shì) 不同土壤含鹽量對(duì)真菌群落結(jié)構(gòu) 的影響大于細(xì)菌 設(shè)施蔬菜可能首先通過(guò)招募根際 土壤中芽孢桿菌屬 Vicinamibacterales 腐質(zhì)霉屬和 新赤殼屬等優(yōu)勢(shì)耐鹽微生物來(lái)增強(qiáng)根系對(duì)土壤鹽脅 迫的適應(yīng)性 參考文獻(xiàn) 楊勁松 姚榮江 王相平 等 中國(guó)鹽漬土研究 歷程 現(xiàn)狀與展望 J 土壤學(xué)報(bào) 2022 59 1 10 27 1 云雪雪 陳雨生 國(guó)際鹽堿地開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)及其對(duì)我國(guó)的啟 示 J 國(guó)土 與自然資源研究 2020 1 84 87 2 巫明明 曾 維 翟榮榮 等 水稻耐鹽分子機(jī)制與育種研究進(jìn)展 J 中國(guó)水稻科學(xué) 2022 36 6 551 561 3 陳 龍 金阿南 馬香娟 等 微生物高鹽滲透適應(yīng)策略及其耐鹽強(qiáng) 化研究進(jìn)展 J 微生物學(xué)報(bào) 2022 62 9 3306 3317 4 Eswar D Karuppusamy R Chellamuthu S Drivers of soil salinity and their correlation with climate change J Current Opinion in Environmental Sustainability 2021 50 310 318 5 Isayenkov S Maathuis F Plant salinity stress Many unanswered questions remain J Frontiers in Plant Science 2019 10 00080 6 He L Mazza Rodrigues J L Soudzilovskaia N A et al Global biogeography of fungal and bacterial biomass carbon in topsoil J Soil Biology and Biochemistry 2020 151 108024 7 王焓屹 王瑞菲 鐘 瑋 等 黃河三角洲濕地土壤中功能微生物群 落的結(jié)構(gòu)特征和影響因素研究進(jìn) 展 J 濕地科學(xué) 2022 20 1 111 118 8 耐鹽微生物與鹽土農(nóng) 業(yè) M 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社 2021 9 Rath K M Fierer N Murphy D V et