小麦/玉米轮作根际微生物多样性及玉米穗腐病生防菌株筛选

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农业管理措施轮作已在许多国家和作物中流行,而小麦(Triticum aestivum L.)/玉米(Zea mays L.)轮作是中国粮食作物主要种植模式之一。目前,对小麦/玉米轮作根际土壤理化性质变化、土壤微生物差异和病原微生物发病及防治措施等仍缺乏全面的了解。本研究以小麦/玉米长年轮作田作物根际土壤为材料,比较土壤理化性质和根际微生物群落差异,借助高通量测序技术分析小麦/玉米根际微生物多样性,探究轮作模式下根际微生物多样性变化。此外,本实验从小麦季和玉米季根际土壤中分离可培养微生物,通过可培养微生物与玉米穗腐病病原菌藤仓镰孢菌复合种(Fusarium fujikuroi species complex,FFSC)对峙培养,筛选对FFSC具有拮抗作用的菌株,探究FFSC防治措施。全文主要结论如下:(1)土壤理化性质分析表明,小麦季和玉米季土壤理化性质存在差异。小麦季和玉米季p H均呈碱性并无显著差异,玉米季有机质、全氮、硝态氮、和速效钾含量均高于小麦季,而玉米季全磷和速效磷含量低于小麦季。表明玉米季具有较高的有机质、氮、钾含量,而小麦季具有较高的磷含量。(2)小麦/玉米根际细菌和真菌群落α-多样性分析表明,玉米季微生物丰富度高于小麦季,而多样性无明显差异。放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、芽殖单胞菌门和厚壁菌门为小麦季和玉米季根际的优势细菌门,优势真菌门为子囊菌门。在属水平,小麦季和玉米季根际优势细菌属包括芽孢杆菌属、类诺卡氏菌属和鞘氨醇单胞菌属等;优势真菌属包括毛壳菌属、假阿利什霉属、镰刀菌属等。小麦季和玉米季共有细菌和真菌分别是631个和261个,小麦季特有细菌和真菌分别是38个和58个,玉米季特有细菌和真菌分别是25个和39个。LEf Se分析细菌和真菌表明(LDA阈值为2),放线菌纲和微囊菌目在小麦季富集,鞘脂单胞菌目和银耳纲在玉米季富集。小麦季和玉米季微生物代谢功能不同,与小麦季相比,玉米季养分循环的代谢通路丰富度较高,而参与氧化应激的代谢通路丰富度较低。(3)根际土壤中共分离纯化获得37个根际微生物菌株,包括15株细菌、12株真菌、10株放线菌。37个根际微生物菌株与FFSC培养皿内对峙实验,获得1个对FFSC具有拮抗作用的菌株,为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)(命名为KC-6)。通过计算抑制率,表明KC-6对FFSC菌丝生长的抑制率为68.97%。玉米叶片侵染实验发现,FFSC侵染玉米叶片可使玉米叶片发病,而提前接种KC-6可减轻玉米叶片发病情况。同时,验证KC-6对玉米幼苗期的促生作用,KC-6、哈茨木霉、苦参碱和戊唑醇处理玉米,测定玉米种子萌发率和玉米幼苗期植株生长情况。实验结果表明,与对照相比,KC-6、哈茨木霉、苦参碱和戊唑醇均能显著提高玉米种子萌发率。与对照相比,不同处理对玉米幼苗期植株生长情况存在差异,结果显示KC-6能促进玉米幼苗期地上和地下部分的生长。本研究中,小麦/玉米轮作过程玉米穗腐病等病害的连续发生,对轮作制度造成重大威胁,筛选生防微生物可控制病害的发展,缓解玉米穗腐病病害的发生,使轮作制度更好发挥作用。
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