木霉菌提高玉米耐盐碱机理及其对根际土壤微生物多样性的影响

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 21次 | 上传用户:shz0414
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玉米是作为黑龙江重要的粮食作物,然而该地区也是寒地盐碱土集中分布区之一,盐碱土壤严重制约玉米的生长,因此该地区玉米长得高产稳产对保障国家的粮食安全至关重要。木霉菌具有促进植物种子萌发、植株生长发育和开花、提高作物产量,诱导植株增强生物和非生物胁迫的抵抗能力,改善土壤微生态环境等特点。本试验以寒地盐碱土壤为研究对象,采用室内盆栽和田间种植试验方法进行研究:(1)盆栽试验研究木霉菌处理对寒地盐碱土壤胁迫下玉米幼苗生长、光合荧光特性、离子含量、抗氧化保护系统、渗透调节系统、氮代谢及根际土壤特性的影响,探讨不同浓度木霉菌提高玉米幼苗耐盐碱机制及根际土壤理化特性的变化规律。(2)田间试验研究木霉菌对玉米根际土壤理化特性及产量的影响,采用高通量测序技术探讨木霉菌对寒地盐碱土壤微生物多样性的影响,为寒地盐碱土壤下木霉菌对玉米的促生作用及有效利用奠定理论基础。主要结论如下:1、木霉菌对玉米幼苗根际土壤理化特性的影响:盐碱胁迫下,两玉米品种根际土壤盐分含量、pH值及SAR值均不同程度的增加,降低了土壤有机质和速效养分含量,从而导致土壤酶活性降低,影响了植株的正常生长。施用木霉菌后能够有效降低两品种根际土壤的Na+、HCO3-含量,最高降幅分别为19.49%和35.56%(XY335),20.07%和36.05%(JY417),缓解过高的土壤pH值和SAR值,使根际土壤有机质含量提高了65.37%(XY335)和67.38%(JY417),从而促进了速效养分含量增加,土壤根际酶活性显著提高,1×109 spores/L浓度处理下效果最好。2、木霉菌对玉米幼苗生长及活性氧代谢的影响:盐碱土壤胁迫下两品种玉米幼苗的叶片和根系Na+含量显著增加,K+和Ca2+含量显著降低,超氧阴离子、过氧化氢含量增加,较高的活性氧水平导致膜脂过氧化程度加剧,使其TBARS的积累量明显升高,同时诱导了脯氨酸、可溶性糖含量的积累,盐碱胁迫对玉米苗根系和叶片的氧化伤害程度及抗氧化防御系统响应存在差异。施用木霉菌后,随着菌液浓度的增加,提高了玉米幼苗体内K+和Ca2+的含量,抑制了Na+的含量,最高降低40.01%-53.76%,增加了抗氧化酶活性及非酶类抗氧化物含量,降低了活性氧的积累,最高降低42.73%-71.54%,缓解盐碱胁迫对玉米氧化性伤害。3、木霉菌玉米幼苗光合特性及氮代谢的影响:盐碱胁迫下,两品种玉米幼苗生长受抑,光合色素含量降低,PSII光化学量子效率减弱,Hill反应活力下降,ATP酶活性抑制,细胞膜透性和胞间CO2浓度则均显著升高,导致光合作用下降,同时盐碱胁迫还诱导两品种玉米幼苗的NH4+含量及GDH活性增加,使NO3-含量及氮代谢活性均有所降低。施用木霉菌能够提高光合色素含量和Hill反应活力,增强PSII反应中心的光化学活性,提高叶绿体内ATP酶活性,降低盐碱胁迫对光合作用的非气孔限制,使光合速率提高了101.94%(XY335)和80.56%(JY417),促进光合作用为玉米幼苗氮代谢提供了更多原料和能量,提高了玉米氮代谢活性。4、木霉菌对玉米根际土壤微生物群落和理化特性及产量的影响施用木霉菌后改变了根际土壤微生物群体结构,使土壤中有益微生物和有机质含量增多,有机质在分解过程中能够产生大量的有机酸,改善根际土壤的理化性质,提高了根际土壤的酶活性,从而促进了玉米植株的生长发育,不同生育期内木霉菌处理均显著好于盐碱处理,因此,木霉菌处理下产量较对照处理显著提高了4.87%-12.41%。5、木霉菌对玉米根际细菌群落多样性的影响本研究采用高通量测序方法对寒地盐碱土壤进行研究,明确了木霉菌对玉米根际土壤微生物多样性的影响,揭示了寒地盐碱土壤中微生物组成及丰度。细菌多样性测序结果表明,土壤样品中细菌门类主要有变形菌门(43.8%)、酸杆菌门(21.7%)、芽单胞菌门(10.2%)、拟杆菌门(8.1%)、放线菌门(4.1%)。不同生育时期内,细菌种群的丰度均表现为高浓度木霉菌处理下受到一定抑制,而低浓度处理下则相反,细菌种群的多样性均表现为对照处理最大,不同浓度木霉菌处理对多样性有一定抑制作用,低浓度抑制更为明显。在细菌群落属水平分析发现,与对照处理相比,不同生育时期木霉菌处理均显著提高了鞘氨醇单胞菌和硝化螺菌属相对丰度,增幅分别为71.91%和23.33%(T1),33.71%和36.67%(T2),同时发现寡养单胞菌属为木霉菌处理的独有菌属,以上表明木霉菌能够提高土壤有益细菌数量,优化土壤细菌群落结构。6、木霉菌对玉米根际土壤真菌群落多样性的影响真菌多样性测序结果表明,土壤样品中真菌门类主要子囊菌门(72.0%)、担子菌门(12.7%)、球囊菌门(1.7%)、UN-k-Fungi(11.2%)。不同生育时期内,真菌种群的丰度均表现为对照处理>低浓度处理>高浓度处理,而真菌种群的多样性均表现为高浓度>低浓度>对照处理。在真菌群落属水平分析发现,不同生育时期木霉菌处理下,木霉菌属和角担菌属为优势菌属,较对照分别高出19.75和5.14倍(T1),37.38和6.00倍(T2),而对照处理下病原真菌丛赤壳属和镰胞菌属丰度显著高于木霉菌处理19.75和5.14倍(T1),37.38和6.00倍(T2),小脆柄菇属是对照处理下独有菌属,同时发现试验土壤范围内对照处理下木霉菌属几乎没有,表明木霉菌处理能够抑制土壤病原真菌丰度,提高促生真菌的丰度。
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