论文部分内容阅读
固沙植物根际土壤真菌作为一种重要的真菌资源,在沙地土壤结构形成、微生物区系平衡、促进植物生长和有益微生物资源利用等方面发挥着重要的作用。然而,关于固沙植物根际土壤真菌群落结构与多样性,以及沙生环境生防木霉资源的利用研究较少。因此,本研究针对固沙植物根际土壤真菌研究与利用的薄弱现状,运用随机调查和定点研究相结合的方法,采用真菌分类学和高通量测序技术,对宁夏境内腾格里沙漠固沙植物根际土壤真菌群落结构与多样性变化进行了研究;从固沙植物根际土壤中进行木霉菌分离、筛选、鉴定和生物学特性及其对立枯丝核菌拮抗机制解析;并研究了生防木霉菌对马铃薯黑痣病防治效果及根际土壤微生态的影响,旨在揭示固沙植物根际土壤真菌群落结构与多样性变化规律,明确生防木霉菌对马铃薯黑痣病抑菌作用机制。研究结果对我国西部沙漠生态治理与修复,以及开发应用极端生境有益真菌资源具有重要意义。1.固沙植物根际土壤可培养真菌群落结构及分布特征采用随机和定点取样方法,对不同植被、时间以及生境下固沙植物根际土壤可培养真菌群落结构及分布特征等进行研究。结果表明,在腾格里沙漠地区52种固沙植物中,根际土壤真菌数量在6.38×103232.28×103 CFU·g-1之间,真菌种类在29属之间,其中骆驼蓬(Peganum harmala)真菌数量和种类相对最多,而盐爪爪(Kalidium foliatum)相对最少;共分离得到真菌3176株,分属于25属,其中青霉属(Penicillium)、镰刀菌属(Fusarium)和曲霉属(Aspergillus)是固沙植物根际土壤可培养真菌的优势种群;真菌数量和种类在夏季出现一个高峰;真菌数量由2013年到2016年增加了15.86%,而真菌种类无变化;土壤真菌数量以草原区最多,沙漠区最少;真菌种类以沙漠区最多,封育区最少;木霉属(Trichoderma)为沙漠区优势属,青霉属为半荒漠区和草原区优势属,青霉属和丛梗孢属(Monilia)为封育区优势属。2.固沙植物根际土壤可培养真菌群落多样性利用土壤真菌数量和种类调查数据,对固沙植物根际土壤可培养真菌群落多样性、生态分布及其与土壤性状相关性等进行了研究。结果表明,夏季真菌多样性指数和丰富度最高,均匀度最低;而秋季真菌多样性指数和丰富度最低,均匀度最高;2013年度真菌多样性各项指数均高于2016年度;沙漠区真菌多样性指数、均匀度和丰富度均最高,分别为2.2390、0.8938和3.0191,而草原区最低,分别为1.6507、0.7184和2.1729;4个生境真菌种群相似性为中等不相似,半荒漠区与封育区相似性最高,草原区与沙漠区相似性最低;青霉属、曲霉属、镰刀菌属、茎点霉属(Phoma)和毛霉属(Mucor)属于4个生境中生态位较宽的广布属;氮含量和钾含量是影响根际土壤可培养真菌群落变化的最主要土壤性状。3.基于高通量测序的固沙植物根际土壤真菌多样性分析基于高通量测序技术分析了不同生境固沙植物根际土壤真菌多样性。结果表明,4种生境共获得有效序列2,212,338个,聚类成4043种OTUs,共鉴定出14门44纲108目231科442属471种真菌;子囊菌门为各生境土壤真菌最优势门,镰刀菌属为最优势属;各生境土壤真菌功能型以腐生营养型相对丰度最高,功能群以植物病原菌相对丰度最高;草原区物种指数、菌群丰富度指数和多样性指数均最高,分别为1057、1423.84和6.12,而沙漠区均最低,分别为657.33、884.57和4.46;各生境间固沙植物根际土壤真菌群落结构具有显著差异(P<0.01),其中沙漠区与封育区间差异极显著(P<0.001);有机质、全量氮、全量磷、速效氮和速效钾是影响固沙植物根际土壤真菌群落多样性的主要土壤性状;有机质、全量氮和速效氮对各生境固沙植物根际土壤真菌群落反映更敏感。4.固沙植物根际土壤拮抗木霉菌分离鉴定及其生物学特性测定采用平板对峙法、对扣培养法以及圆盘滤膜法从固沙植物根际土壤中分离筛选出木霉菌M-33,对其进行形态学和分子生物学分析鉴定,并采用菌丝生长法和孢子计数法研究其生物学特性。结果表明,木霉菌M-33被鉴定为哈茨木霉(Trichoderma harzianum),其发酵粗提液、挥发性代谢物以及非挥发性代谢物对立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)的抑制率分别为74.51%、58.43%和92.75%;哈茨木霉M-33对营养物质需求低、环境适应性强。5.哈茨木霉M-33对立枯丝核菌拮抗作用机制解析通过显微观察和酶活测定解析了哈茨木霉M-33对立枯丝核菌的拮抗作用机制。结果表明,哈茨木霉M-33与立枯丝核菌未接触前,可在培养基上快速生长,占据营养空间;当两菌接触后,发生附着和缠绕现象,哈茨木霉M-33产生的分泌物可使立枯丝核菌菌丝细胞壁断裂、溶解,进而哈茨木霉M-33菌丝和分生孢子侵入立枯丝核菌菌丝和菌核内部定殖;立枯丝核菌诱导哈茨木霉M-33产生酶活变化,几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶在处理后第5 d活性最强,分别为7.31 U·(min·mL)-1和1.63U·(min·mL)-1,而中性蛋白酶和纤维素酶在处理后第6 d活性最强,分别为0.155U·(min·mL)-1和0.899 U·(min·mL)-1;几丁质酶在哈茨木霉M-33对立枯丝核菌的拮抗作用中起着关键作用。6.哈茨木霉M-33对马铃薯黑痣病(Potato black scurf)防治效果及根际土壤微生态的影响运用平板涂布法筛选出适合哈茨木霉M-33生长的秸秆添加物和最适接种量,通过盆栽和田间试验研究哈茨木霉M-33协同小麦秸秆对马铃薯黑痣病的防治效果和对马铃薯植株生长的影响,基于稀释平板法和高通量测序技术测定协同处理对马铃薯根际土壤微生物区系的影响。结果表明,哈茨木霉M-33最适秸秆添加物为小麦秸秆,最佳接种量为1×108个·mL-1。盆栽试验表明,哈茨木霉M-33与小麦秸秆协同处理马铃薯出苗率为100%,对马铃薯黑痣病的防效高达70.26%,马铃薯株高、茎粗和分枝数分别为43 cm、0.82 cm和3.89,均明显高于对照(P<0.05);协同处理后可降低马铃薯根际土壤真菌数量,提高细菌、放线菌和木霉菌数量;协同处理对真菌群落多样性、群落结构组成影响较大,对细菌群落多样性、群落结构组成影响较小;协同处理能够促进马铃薯根际土壤中有益微生物的聚集。田间试验验证了协同处理对马铃薯黑痣病具有较好的防治效果,能促进马铃薯生长,提高马铃薯产量;在马铃薯整个生育期中,协同处理后木霉属真菌相对丰度上升,在马铃薯成株期达到高峰,而马铃薯致病菌相对丰度下降。