酿酒葡萄根际土壤肥力与微生物多样性及生理活性研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:zzdlily_6000
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通过微生物区系分析对生长期内酿酒葡萄根区及根际微生物(细菌,放线菌和真菌)进行动态变化分析,同时对葡萄根际土壤肥力及TDS含量的动态变化进行测定,结合葡萄根际土壤微生物群落多样性分析,并对成熟期葡萄内生菌进行分离鉴定和促生菌的筛选,主要研究内容如下:1.对嘉峪关紫轩葡萄园区的整个生长周期内的酿酒葡萄根际土壤微生物群落及土壤元素的动态变化进行研究,结果表明:(1)葡萄品种是影响根际可培养微生物群落的因素之一:土壤中的放线菌和真菌与葡萄植株之间存在较为紧密的关系,其中酿酒葡萄品种H07北冰红的可培养根际细菌数量相对较高,品种J02威代尔、A03山葡萄和Q02左优红的根际土中的放线菌数量相对较高,品种Q02左优红根际土中的真菌数量相对较高。(2)葡萄品种是影响根际土壤元素含量的因素之一,在整个生长周期内根际土壤中的TDS含量存在明显差异且植株对土壤元素的吸收利用符合一定的变化趋势:酿酒葡萄根际土壤中的有机质和Ca含量在膨大期和着色期相对较低,N含量在膨大期、着色期和成熟期相对较低,P、Zn和Fe含量在着色期及成熟期相对较低,K、Mg、Mn和Cu含量在成熟期相对较低,其中品种J02威代尔、F01霞多丽、N08梅鹿辄、F06威代尔和E05赤霞珠的根际土壤TDS含量相对较高,且TDS含量相对高的品种其对应土壤微生物数量相对较低。2.采用Illumina MiSeq二代测序技术分别对科丰和紫轩葡萄园区成熟期葡萄根际土壤中的微生物群落进行多样性分析,结果表明:(1)酿酒葡萄根际土壤细菌多样性分析:酿酒葡萄品种之间的根际细菌群落多样性差异则较小,同一品种不同种植年份的酿酒葡萄,其对应根际土壤细菌群落的组成和比例存在差异,且种植年份越高的植株其对应细菌群落丰富度和多样性越高。根据OTU聚类分析表明酿酒葡萄根际土壤中的细菌群落资源较丰富,具有较高的资源利用潜力;根据群落结构分析和聚类分析发现其中放线菌、拟杆菌门和厚壁菌门较丰富,以类诺卡氏菌、纤维单胞菌、黄杆菌属、原小单孢菌属、链霉菌、芽孢杆菌、拟杆菌、乳酸菌和乳酸乳球菌等属种为主;不同品种酿酒葡萄其种植年份越高,对应根际土壤的芽单胞菌门Gemmatimonadetes和酸杆菌Acidobacteia组成比例越高;通过对功能基因进行预测发现酿酒葡萄根际土壤中的细菌群落在膜转运功能、糖代谢和氨基酸代谢功能、物质降解和代谢、核苷酸代谢、辅助因子和维生素代谢、脂质代谢和能量代谢上的相关丰度更高。(2)酿酒葡萄根际土壤真菌多样性分析:不同品种酿酒葡萄根际土壤中的真菌群落存在明显差异,且同一品种不同种植年份的酿酒葡萄,其对应根际土壤中的真菌群落的组成和比例存在差异,种植年份越高,其对应土壤真菌群落丰富度和多样性则越低。进一步对酿酒葡萄根际土壤真菌群落结构分析发现,种植年份越高的酿酒葡萄,其对应根际土壤的盘菌纲Pezizomycetes的数量越高,品种Q02、N08和F06的根际土壤真菌群落更具有资源利用潜力。(3)不同区域酿酒葡萄根际土壤微生物多样性分析:不同区域葡萄根际土壤中的细菌群落组成及多样性存在明显差异(科丰园区的葡萄根际土壤细菌群落多样性明显低于紫轩园区),而真菌群落丰度与紫轩园区的差异则不明显,但两地真菌群落组成及多样性存在区别(真菌群落属种存在明显区别),推测真菌不是影响两地根际微生物差别的主要因子。根据群落结构分析,紫轩园区土壤中放线菌高于科丰园区,科丰园区葡萄根际土壤中的酸杆菌、变形菌门和疣微菌门较为丰富,以慢生根瘤菌、胞内寄生菌、德沃斯氏菌、纤维弧菌、枝动菌和突柄杆菌等为主;根据多样性指数分析,植株根际微生物群落丰富度低的,其多样性不一定低;根据群落结构及差异分析,两园区葡萄根际土壤微生物群落结构及差异明显较大,可能与地域及土壤环境等有关,推测芽单胞菌门Gemmatimonadetes、酸杆菌Acidobacteria和盘菌纲Pezizomycetes是酿酒葡萄植株生长需要的因子之一;通过对功能基因进行分析,发现科丰园区葡萄根际土壤中的细菌群落在细胞运动能力、信号转导功能、翻译、转录和降解能力、多糖合成及代谢和酶代谢功能上的相关丰度更高。3.对紫轩葡萄园区的不同酿酒葡萄品种的成熟期果实主要理化品质进行分析,研究表明:(1)葡萄品种是影响果实各物质含量的因素之一,且种植年份较高的酿酒葡萄的果实品质相对于种植年份低的要低。试验发现红葡萄品种(N08梅鹿辄和E05赤霞珠)和白葡萄品种(F06威代尔和F02贵人香)品质比较好,其糖酸比、总酚含量和单宁含量比较高,符合酿酒果实的筛选标准,比较适宜紫轩葡萄园区的环境。(2)综合试验结果表明:土壤中放线菌和真菌的数量多的品种可能与植株竞争土壤营养元素,土壤中TDS含量的高低也影响着葡萄果实的品质且在着色期内土壤中元素锌、有效锰和有效铁含量适量增加可能会有利于果实品质的提高。4.对从成熟期酿酒葡萄根中可培养内生菌进行分离纯化及鉴定,筛选具有产IAA活性兼具解磷特性的菌株,结果表明:(1)分离出27株内生菌,通过形态分析及分子鉴定确定为19株内生细菌和8株内生真菌,其中内生细菌分属于假单细胞、沙雷氏菌、肠杆菌、葡萄球菌、土壤杆菌、芽孢肝菌、慢生根瘤菌、链霉菌、微杆菌等9个属种;内生真菌分属于青霉、毛霉、无毛壳菌、曲霉和镰刀菌等5个属种;(2)对内生菌进行再次筛选,得到4株有机磷溶解菌,7株无机磷溶解菌和10株IAA分泌菌,其中隶属于农杆菌属的XZ11表现了良好的具有潜在的促进葡萄生长的基础分泌IAA和溶磷活性。
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