【摘要】：土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分,是作物賴以生存的基礎(chǔ)物質(zhì)。土壤肥力是影響作物產(chǎn)量的主要因素,土壤微生物是土壤生物量的重要組成部分。植物根際土壤微生物在改善土壤肥力和促進(jìn)作物健康生長發(fā)面發(fā)揮著重要作用。土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和土壤微生物多樣性是植物根際土壤肥力的重要指示指標(biāo)。近年來,隨著高通量測序技術(shù)的應(yīng)用,植物根際土壤微生物多樣性的研究及功能微生物在土壤中發(fā)揮的作用逐步得到了證實。土壤中微生物參與土壤氮(nitrogen,N)、磷(phosphorus,P)和鉀(potassium,K)的循環(huán),土壤有機(jī)碳(soil organic carbon,SOC)的分解和利用及土傳病害的抑制。另外,一些土壤微生物作為植物致病菌引起了農(nóng)作物的病害。谷子(Setaria italica)作為一種重要谷類作物,具耐瘠薄、耐干旱和抗逆性強(qiáng)的特點,常被用作土壤改良的先鋒作物種植于我國北方干旱和半干旱地區(qū)。本課題主要以谷子根際土壤為研究對象,以谷子產(chǎn)量為衡量指標(biāo),對不同的管理模式和土地利用方式下谷子根際土壤養(yǎng)分、微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)和微生物量氮(MBN)進(jìn)行了測定;對輪作模式下谷子農(nóng)藝特征、光合指標(biāo)和抗氧化物酶活性進(jìn)行了測定;對不同施肥處理、生土和熟土處理及不同輪作模式下所有土壤樣品進(jìn)行了16S rDNA高通量測序;輪作模式下的土壤樣品增加了真菌多樣性分析;對所有樣品的細(xì)菌16S rDNA、Pseudomonas spp、nifH、nirS和nirK基因及輪作土壤中真菌ITS區(qū)做了熒光定量(real time quantitative PCR,qPCR)檢測。主要結(jié)果如下:1.不同施肥處理的結(jié)果:與PKM、NKM、NPM和NPK相比,N、P、K和有機(jī)肥(manure,M)配合施用(NPKM)組,谷子產(chǎn)量最高;土壤有效氮(available nitrogen,AN)、AP、SOC、MBC和MBN的含量及C/N值最高;在門水平,變形桿菌門(Actinobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)的相對豐度增加;在屬水平,Devosia、Mycobacterium、Opitutus和Chitinophaga的相對豐度增加。冗余分析(redundancy analysis,RDA)顯示,AN與Devosia和Mycobacterium的相對豐度呈極顯著正相關(guān);SOM與Opitutus和Chitinophaga的相對豐度呈極顯著正相關(guān)。qPCR結(jié)果顯示:NPKM組nifH、nirS和nirH基因的豐度顯著增加。說明氮和有機(jī)肥利于土壤中固氮菌的增殖和細(xì)菌多樣性的增加,提高了土壤酶活性和谷子產(chǎn)量。2.生土熟化過程的實驗結(jié)果:與母質(zhì)生土相比,熟土中,AN、AP、SOC、MBC和MBN的含量及C/N和MBC/MBN值最高,谷子產(chǎn)量也最高;在門水平,變形桿菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)的相對豐度增加;在屬水平,Caenimonas、Gemmatimonas、Lysobacter、Ramlibacter、Devosia、Mycobacterium和Streptomyces的相對豐度增加,且與SOC,AN的含量及C/N值呈高度正相關(guān)。qPCR結(jié)果顯示nifH基因豐度顯著增加。我們推測Streptomyces、Neorhizobium和Devosia可能參與氮循環(huán)。3.不同輪作模式對谷子農(nóng)藝特征和生理生化的影響:與谷子連作相比,谷子(Setaria italica,Si)-大豆(Glycine max,Gm)-馬鈴薯(Solanum tuberosum,St)輪作后,谷子產(chǎn)量、株高、穗長和千粒重增加。谷子旗葉丙二醛含量降低;氣孔導(dǎo)度、光合速率、蒸騰速率和相對葉綠素含量升高;超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性降低;多酚氧化酶活性升高、谷子白發(fā)病發(fā)病率降低。4.不同輪作模式的結(jié)果:與Si相比,Si-Gm-St顯著提高了土壤AN、AP、AK、TK、SOC、BMC和BMN的含量及C/N值;土壤堿性磷酸酶和多酚氧化酶的活性升高。細(xì)菌16Sr DNA測序結(jié)果顯示:與連作相比,Si-Gm-St組,在門水平上放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)和藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)的相對豐度增加;在屬水平上增加了Pseudomonas、Lysobacter、Devosia、Acidovorax和Agromyce的相對豐度;RDA顯示,這5個屬與C/N值及AP、AN和SOC含量呈高度正相關(guān);Pearson分析顯示Pseudomonas的相對豐度與谷子發(fā)病率呈顯著負(fù)相關(guān)。qPCR顯示細(xì)菌Pseudomonas spp.和nifH基因的豐度在Si-Gm-St中顯著高于輪作。真菌ITS測序結(jié)果顯示:與谷子連作相比,Si-Gm-St輪作后,在門水平,擔(dān)子菌門(Basidiomycoda)的相對豐度減少;在屬水平,Buergenerula、Rhizophlyctis、Ophioceras、Cyathus、Preussia、Acremonium和Ilyonectria的相對豐度增加。qPCR結(jié)果顯示,輪作后真菌與細(xì)菌的比值減小,真菌多樣性增加;細(xì)菌豐度和多樣性菌增加。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S154.3;S515
【圖文】：

不同處理下谷子根際土壤酶活性Fig.2.1Enzymeactivitiesunderdifferentfertilizationtreatments（A）Activityofcatalase(CAT)

不同施肥處理下谷子根際土壤細(xì)菌序列的稀釋曲線和維恩圖（A）稀疏曲線，OTU

不同施肥處理下谷子根際土壤細(xì)菌在門水平上的分類Fig2.3Bacterialcommunitiesatthephylumlevelofmilletrhizospheresoilunderdifferent

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2802647