【摘要】：杉木是我國(guó)南方最重要的速生用材樹種之一。長(zhǎng)期以來的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明,杉木連栽會(huì)導(dǎo)致地力衰退,影響了杉木人工林長(zhǎng)期生產(chǎn)力的發(fā)揮及林地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。因此,如何解決因杉木連栽造成的地力衰退問題及實(shí)現(xiàn)杉木連栽地可持續(xù)經(jīng)營(yíng),成為目前林學(xué)家急需解決的技術(shù)難題。本論文采用室內(nèi)模擬生物培養(yǎng)方法,以課題組前期篩選出的杉木優(yōu)良無性系為研究對(duì)象,以杉木1代林、連栽2代林、連栽3代林及楠木人工林土壤為培養(yǎng)基質(zhì),培養(yǎng)2年后,應(yīng)用高通量測(cè)序等方法分析了杉木優(yōu)良無性系根際土壤與非根際土壤的化學(xué)性質(zhì)、土壤微生物碳氮、土壤酶活性、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等土壤特性差異,并進(jìn)一步應(yīng)用LC-MS物質(zhì)鑒定方法及iTRAQ技術(shù)分析鑒定杉木優(yōu)良無性系根尖和根際土壤酚酸類物質(zhì)以及與酚酸類物質(zhì)代謝有關(guān)的差異蛋白,研究結(jié)果從土壤學(xué)、代謝組學(xué)以及差異蛋白組學(xué)等角度初步闡明了杉木無性系對(duì)連栽地的響應(yīng)機(jī)理,從而為杉木連栽障礙的形成機(jī)理提供了更為詳實(shí)的理論資料。主要研究結(jié)果如下:(1)在連栽障礙地杉木優(yōu)良無性系根際和非根際土壤中,全K、全P、速效K、全C含量均在連栽2代林出現(xiàn)較大值,有效P含量隨連栽代數(shù)增加呈上升趨勢(shì),全N含量在根際土壤和非根際土壤中變化趨勢(shì)相反。速效K、有效P、全C差異達(dá)到顯著水平(P0.05)。在同一林分類型土壤中,各養(yǎng)分含量基本為根際土壤大于非根際土壤,且養(yǎng)分基本達(dá)到顯著差異水平。(2)在杉木無性系根際土壤和非根際土壤中,脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶及酸性磷酸酶活性總體上隨著連栽代數(shù)增加呈下降趨勢(shì),多酚氧化酶酶活性呈上升趨勢(shì)。連栽3代林基本與其他三種林分存在顯著差異性。同一林分類型土壤中,各酶活值多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤,除蔗糖酶外,其他四種酶活性基本存在顯著差異性。土壤化學(xué)性質(zhì)與酶活性相關(guān)分析表明,全K、速效K均與多酚氧化酶呈顯著正相關(guān);有效P與蔗糖酶呈顯著正相關(guān),與過氧化氫酶呈顯著負(fù)相關(guān);全C與脲酶、過氧化氫酶達(dá)極顯著正相關(guān)。(3)在連栽地杉木無性系根際土壤中,MBC、MBN、MBC/MBN值均在連栽3代林中較小,而在非根際土壤中,各指標(biāo)則在連栽3代林中較大;同一林分土壤中,各指標(biāo)多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤;且MBC和MBC/MBN指標(biāo)達(dá)到顯著差異水平。(4)在連栽障礙地杉木無性系土壤中,共鑒定出細(xì)菌微生物門類水平下44個(gè)類群,其中相對(duì)豐度前5類為酸桿菌門、變形菌門、放線菌門、綠彎菌門和浮霉菌門。細(xì)菌群落多樣性分析顯示,隨連栽代數(shù)增加,根際土壤細(xì)菌群落多樣性逐漸降低,而在非根際土壤中,連栽3代林細(xì)菌多樣性最強(qiáng)。在同一林分類型土壤下,杉木1代林和連栽2代林的根際土壤細(xì)菌群落多樣性高于非根際土壤。在土壤細(xì)菌門分類水平上類群與環(huán)境因子RDA分析表明,有效P、MBC、速效K、蔗糖酶和過氧化氫酶五個(gè)環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息顯著或極顯著相關(guān)(P0.05)。(5)在真菌門分類水平上共鑒定到5個(gè)類群,相對(duì)豐富大于1%的類群有子囊菌門、擔(dān)子菌門和球囊菌門;在真菌群落多樣性分析中,根際土壤和非根際土壤均在連栽2代林具有較豐富的群落結(jié)構(gòu);同一林分類型中,連栽2代林和連栽3代林的群落結(jié)構(gòu)多樣性表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤。土壤真菌門分類水平上類群與環(huán)境因子RDA分析表明,速效K和酸性磷酸酶對(duì)真菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息極顯著相關(guān)(P0.01)。(6)連栽地杉木無性系根尖中共鑒定出8種酚酸類物質(zhì),其中兒茶素、奎尼酸和山奈酚相對(duì)含量較高。相關(guān)性分析可知:奎尼酸相對(duì)含量與酸性磷酸酶呈顯著負(fù)相關(guān);山奈酚相對(duì)含量與蔗糖酶呈顯著正相關(guān),與浮霉菌門呈顯著負(fù)相關(guān)。(7)連栽地杉木無性系根際土壤中共鑒定出11種酚酸類物質(zhì),其中阿魏酸、沒食子酸、咖啡酸在四個(gè)林分類型土壤中相對(duì)含量較高。相關(guān)性分析表明:咖啡酸相對(duì)含量與綠彎菌門呈極顯著正相關(guān),與酸桿菌門呈極顯著負(fù)相關(guān);阿魏酸相對(duì)含量與酸桿菌門呈極顯著正相關(guān),與綠彎菌門呈極顯著負(fù)相關(guān);沒食子酸相對(duì)含量與全C呈顯著負(fù)相關(guān),與脲酶呈極顯著負(fù)相關(guān)。(8)杉木無性系根尖蛋白鑒定中,蛋白基本信息數(shù)量和各個(gè)蛋白分子質(zhì)量范圍的蛋白質(zhì)數(shù)量均為杉木1代林根尖中較多。對(duì)鑒定到的蛋白與COG數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)蛋白數(shù)量最多的功能是翻譯后修飾,蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn),伴侶功能。差異蛋白表達(dá)數(shù)量在不同連栽代數(shù)杉木根尖中存在差異,與杉木1代林相比,連栽2代林有141個(gè)差異蛋白,其中表達(dá)上調(diào)的有77個(gè),表達(dá)下調(diào)的有64個(gè);連栽3代林與杉木1代林相比存在著210個(gè)差異蛋白,表達(dá)上調(diào)和表達(dá)下調(diào)的分別有102個(gè)、108個(gè);連栽2代林與連栽3代林存在168個(gè)差異蛋白,表達(dá)上調(diào)和表達(dá)下調(diào)的分別有77個(gè)、91個(gè)。不同連栽代數(shù)杉木根尖差異蛋白中,共得到5個(gè)與酚酸合成有關(guān)的蛋白。差異蛋白GO富集分析顯示,三種林分土壤杉木根尖差異蛋白組間比較中,均主要富集在生物過程條目中的細(xì)胞過程、代謝過程、單一生物過程;細(xì)胞組分條目中的細(xì)胞、細(xì)胞組分、細(xì)胞器;分子功能條目中的催化活性、結(jié)合功能中。差異蛋白Pathway富集顯示,三種林分中具有顯著性的代謝通路有8條,其中與酚酸合成有關(guān)的通路為苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成代謝通路,并找到3個(gè)差異蛋白。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S791.27

【參考文獻(xiàn)】

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