基于16S rRNA分析不同肥料对辣椒根际细菌群落的影响.pdf
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1、2023 年 7 月 热 带 农 业 科 学热 带 农 业 科 学 第 43 卷第 7 期 Jul.2023 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE Vol.43,No.7 收稿日期 2022-09-22;修回日期 2023-01-28 基金项目 云南省重大科技专项计划(No.202102AE090005);文山州燕飞专家工作站(No.WS2020-17-10)。第一作者 王灿(1993),男,硕士,助理研究员,研究方向为作物栽培,E-mail:。通讯作者 王绍祥(1976),男,本科,研究员,研究方向为辣椒育种与栽培,E-mail:。基于 16S rR
2、NA 分析不同肥料对辣椒 根际细菌群落的影响 王灿1 卢文琴2 罗金超3 袁恩平1 张雪廷1 王绍祥1(1.云南省文山州农业科学院 云南文山 663000;2.云南省农业广播电视学校砚山县分校 云南砚山 663100;3.砚山县农业技术推广中心 云南砚山 663100)摘 要 设施大棚土壤往往存在施用肥料种类复杂、肥料施用量过大、肥料利用率低、土壤板结等问题。为明确施用不同肥料对辣椒根际细菌群落的影响,试验采用盆栽控水法,设 5 个处理:未施肥土壤(CK)、添加微生物菌液态肥(A)、添加商品无机复合肥(B)、添加商品有机复合肥(C)、添加腐熟辣椒秸秆(D),并测定辣椒生长指标、土壤理化性质及微
3、生物多样性。结果表明:B、C、D 处理的辣椒生长优于 CK 和 A 处理,其中 C、D 处理根系活力显著高于其他处理,分别是 39.99 和 42.37 g/(hg)。C 处理土壤有效氮、磷、钾及有机质含量最高,但在土壤孔隙度中是 D 处理最高,达 69.85%。微生物比较中,C 和 D 处理独有 OTU 个数高于 CK、A、B 处理。门水平中丰度排名前 5 的分别是放线菌 Actinobacteria、变形菌 Proteobacteria、绿弯菌 Chloroflexi、厚壁菌 Firmicutes、酸杆菌 Acidobacteria。Tukey HSD分析表明,仅变形菌 Proteobac
4、teria 和酸杆菌 Acidobacteria 有显著性差异。进一步指示物种分析表明,C 处理中具有较多指示物种,如浮霉状细菌、OLB14、Sericytochromatia、Gitt-GS-136 等。这些微生物在土壤有机物质周转、碳循环、腐殖质形成中发挥重要作用。环境因子分析中,有效氮和 EC 值与微生物关联最密切,对微生物群落影响最大,其次是有效磷和钾,最后是总孔隙度和有机质。结果表明,添加有机复合肥提高了辣椒生长质量,同时对根际土壤微生物群落有显著的影响,促进了有益微生物在土壤中的富集,改善了土壤质量。这为辣椒种植土壤生态环境改良,促进辣椒根际有益微生物的富集,优化种植技术提供了指导
5、。关键词 设施辣椒;根际微生物;肥料 中图分类号 S641.3 文献标识码 A DOI:10.12008/j.issn.1009-2196.2023.07.002 Effects of Different Fertilizers on Rhizosphere Bacterial Community of Pepper Based on 16S rRNA WANG Can1 LU Wenqin2 LUO Jinchao3 YUAN Enping1 ZHANG Xueting1 WANG Shaoxiang1(1.Yunnan Wenshan Academy of Agricultural Sci
6、ences,Wenshan,Yunnan 663000,China;2.Yunnan Agricultural Broadcasting and Television School Yanshan County Branch,Yanshan,Yunnan 663100,China;3.Yanshan Agricultural Technology Extension Center,Yanshan,Yunnan 663100,China)Abstract Facility greenhouse soil often exists in the application of complex fer
7、tilizer types,and the fertilizer application rate is too large,low fertilizer utilization rate,soil crusting,and other problems.The experiment was conducted in pots with a wa-ter control method with five treatments:unfertilized soil(CK),added microbial liquid fertilizer(A),added commercial inor-gani
8、c compound fertilizer(B),added commercial organic compound fertilizer(C),and added rotted chili straw(D),and to determine the growth indexes of chili,the physicochemical properties of the soil,and the diversity of microorganisms,to clar-ify the effect of different fertilizers on the inter-root bacte
9、rial community of chili.The results showed that the growth of chili in B,C,and D treatments was better than that in CK and A treatments,in which the root vigor of C and D treatments was sig-nificantly higher than that of the other treatments were 39.99 gh1g1 and 42.37 gh1g1,respectively.The C treatm
10、ent had the highest content of affective soil nitrogen,phosphorus,potassium,and organic matter,but the D treatment had the highest soil porosity,up to 69.85%.In microbiological comparison,the number of unique OTUs was larger in C and D treat-ments than in CK,A,and B treatments.The top 5 in abundance
11、 at the phylum levels were Actinobacteria,Proteobacteria,王灿 等 基于 16S rRNA 分析不同肥料对辣椒根际细菌群落的影响 -11-Chloroflexi,Firmicutes,and Acidobacteria,and Tukey HSD analysis showed that only Proteobacteria and Acidobacteria were significant.Acidobacteria were significantly different.Indicator species analysis sh
12、owed that C treatment had more indicator species,such as Proteobacteria florescent,OLB14,Sericytochromatia,Gitt-GS-136,etc.These microorganisms play a vital role in soil organic matter turnover,carbon cycling,and humus formation.The affective nitrogen and EC values were most closely associated with
13、microorganisms and the highest impact on microbial communities in the environmental factor analysis,followed by affective phosphorus and potassium,and final total porosity and organic matter.The results showed that the or-ganic compound fertilizer addition improved the quality of chili growth,meanwh
14、ile having a significant effect on the inter-root soil microbial community,promoting the enrichment of beneficial microorganisms in the soil and improving soil quality.This guides for improving the soil ecological environment of chili cultivation,promoting the enrichment of beneficial microbes in th
15、e inter-root of chili,and optimizing the cultivation technology.Keywords facility pepper;rhizosphere microorganism;fertilizer 云南省是我国辣椒生产地之一,截至 2021年,全省辣椒种植面积约 16.67 万 hm2,主要分布于文山、昭通、红河等地1,其中文山州辣椒种植面积约 11.55 万 hm2(2022 年云南省壮族苗族自治州人民政府公布数据),占云南省辣椒种植面积的 69.29%。文山州主要栽培的辣椒类型为朝天椒、小米辣和丘北辣椒等2。近年来为解决传统化肥过量施用
16、导致耕地土壤肥力下降、板结、产量下降等问题,微生物改良肥、有机矿质改良肥等功能型复合肥料相继出现。陈玉红3在河南新郑市当地辣椒种植中研究发现,常规施肥的基础上,辣椒移栽后至结果初期使用“复合微生物肥”冲施,与等量供试的商品化肥基质相比,增加了辣椒的单株结果数及单果质量,差异显著。周旋等4研究表明,在设施大棚土壤中施用含腐植酸有机肥后,辣椒株高、茎粗、根系活力、产量等均显著高于对照。此外一些新型肥料,如贺生兵等5报告的由宁波吉丰生物科技有限公司生产的“鱼蛋白系列肥料”,使用后可显著增加温室辣椒株高和茎粗,促进生长、同时提高单株结果数量和单果重量。大量研究表明,不同种植模式、不同施肥方式对作物根际
17、微生物均有显著的影响。刘智等6通过对凤丹采取 3 种种植模式(榉树下种植、娜塔栎下种植、露天种植)与空白土壤相比,种植凤丹提高了根际微生物群落的丰富度和多样性,属水平上各处理的真菌群落结构差异较大。吕美蓉等7的研究表明,水稻种植中,长期定位添加不同的肥料均改变了土壤微生物群落碳源代谢模式,其中施加无机肥降低了水稻根际微生物群落碳源的利用能力,而施用有机肥则正好相反。刘振香等8研究也表明,夏玉米田中施用有机肥可以提高土壤微生物多样性和丰富度,提高作物养分利用率。不同肥料对辣椒生长及产量的影响试验已有很多报道,但不同肥料类型对辣椒根际细菌群落影响和指示微生物的相关研究却鲜有报道。因此本研究探讨了不
18、同类型肥料对辣椒生长前期根际细菌群落的影响,通过对各处理样本细菌群落分析,筛选具有差异的微生物群落及土壤施肥类型对其群落结构的主要影响因素,为设施辣椒土壤生态环境改善研究和优化种植技术思路提供基础。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试材 供试材料为自主选育的丘北辣椒(Capsicum annuum L.),品种为文干椒 1 号。土壤为种植辣椒 5 年以上的大棚红土。商品微生物菌肥为:畅领益生土壤卫士(液体),主要菌种为芽孢菌、酵母菌、乳酸菌、光合菌、生物酶,由山东优普生物工程有限公司提供;商品无机复合肥为:龙潭牌辣椒专用复合肥(固体粉末,NPK=11712),由云南省玉溪化肥厂有限责任
19、公司提供;商品有机肥为:畅领有机肥复合肥(固体颗粒,主要成分为微量元素和发酵羊粪),由山东优普生物工程有限公司提供;腐熟辣椒秸秆,由辣椒秸秆与茶渣按体积比 31 混合,经EM 菌腐熟发酵而成,秸秆颗粒度为 24 cm。1.1.2 试剂 Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with GC Buffer,New England Biolabs 公司;QIAquick Gel Extraction Kit,Qiagen 公 司;NEBNext Ultra IIDNA Library Prep Kit,NEB公司。超微量紫外分光光度计,Implen 公司;离心机,
20、Bio-rad 公司;NovaSeq6000 仪器,Illumina2023 年 7 月 热带农业科学 第 43 卷第 7 期 -12-公司。所用 V3+V4 区引物序列为:341F:CCTAC GGGNGGCWGCAG;806R:GGACTACHVGGG TATCTAAT。1.2 方法 1.2.1 试验设计 试验于 2021 年 8 月至 2022 年5 月在文山州农业科学院进行。试验采用盆栽法共设 5 个处理:未施肥的辣椒连作土壤(CK)、添加微生物菌肥的土壤(A)、添加商品无机复合肥的土壤(B)、添加商品有机复合肥的土壤(C)、添加腐熟辣椒秸秆的土壤(D),每个处理 3 次重复,3 盆为
21、 1 次重复。将营养液水培的辣椒(3 片真叶)放入纯水中冲洗后移栽于高 22 cm,直径15 cm,可装 3 L 红土的柱形花盆中。A、B、C处理分别参照商家指导使用量分别与红土混合,D 处理按前期预试验结果 11 与土壤混合。放于温室大棚内,日常定量浇灌清水。移栽后 70 d,各取大小均匀的辣椒植株抖落附着土壤后,用单独无菌刷刷取粘附在根系表面的土壤于 50 mL 无菌离心管中,部分用于土壤理化性质的检测,部分迅速置于液氮中,80 冰箱保存备用,另外将植株顶叶收集保存于 4 用于生理检测。1.2.2 项目测定 株高、茎粗用刻度尺和游标卡尺测量。叶绿素、可溶性糖、根系活力测定参照王灿等9方法检
22、测。土壤理化性质交由云南昆明亚晶科技有限公司检测,参照鲍士旦10方法进行。DNA 提取采用 CTAB,使用琼脂糖凝胶电泳检测提取出的 DNA 纯度和浓度,抽提适量样品用无菌水稀释至1 ng/L,以稀释后的基因组DNA为模板根据扩增区域选择使用带 barcode 的特异性引物对 V3+V4 区进行扩增。PCR 反应体系:Phusion Master Mix 15 L,2Primers(2 mol/L)3 L,ddH2O 2 L,DNA(1 ng/L)7 L。PCR 反应条件:98 1 min;98 10 s,50 30 s,72 30 s,30 个循环;72 5 min11。通过 Qubit定量
23、和文库检测合格后使用 NovaSeq6000 进行上机测序。1.2.3 数据质控与分析 原始数据整理采用 Excel 2003 软件,理化指标数据分析使用 DPS 7.05(Duncan 新复极差法,p0.05)。测序数据选择QIIME2 DADA2 对 Reads 进行过滤、校正,并输出非冗余的 Reads 和对应的丰度信息,然后将Reads 拼接为 Tag,再去除嵌合体 Tag,获得用于后续分析的 OTU 信息。2 结果与分析 2.1 不同处理对辣椒生长和土壤理化性质的影响 由表 1 可知,叶绿素含量最高的是 C 处理(2.31 mg/g),显著高于 D 处理外的其他处理。其次是 B 处理
24、,最后是 CK 和 A 处理。可溶性糖中同样以 C 处理最高(13.05 mg/g),最低的是CK 处理(7.59 mg/g)与 A 处理(9.35 mg/g),二者无显著差异。C 和 D 处理根系活力最高,分别是 39.99 和 42.39 g/(hg),二者无显著差异,但与 CK、A、B 差异显著。CK、A、B 处理间无显著差异。株高与茎粗中,B、C、D 处理均显著高于 CK 和 A 处理。土壤性状比较结果(表 2)显示,有效氮、磷、钾均以 C 处理最高,有效氮最低的是 CK 处理(115.02 mg/g);有效磷、钾最低的是 D 处理,分别为 27.54、193.00 mg/g。有机质中
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