資源 環(huán)境 13 承德市地處燕山山脈 屬氣候冷涼地區(qū) 蔬菜 種植主要以設(shè)施大棚為主 但在實(shí)際生產(chǎn)過程中 設(shè)施蔬菜土壤經(jīng)過長(zhǎng)期的種植 過量施用肥料 氮 磷鉀比例失衡等 造成了土壤質(zhì)量下降 土壤微生 物數(shù)量減少等一系列問題 這嚴(yán)重破壞了設(shè)施土壤 微生物區(qū)系 進(jìn)而影響土壤肥力和蔬菜產(chǎn)量 制約 設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 土壤微生物能夠參與生態(tài) 系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán) 維持土壤結(jié)構(gòu)并調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng) 它能較早地預(yù)測(cè)土壤質(zhì)量的變化 是土壤質(zhì)量變化 最敏感的指標(biāo) 也是土壤健康的決定性因素 1 因此 了解土壤微生物多樣性和群落組成 對(duì)設(shè)施蔬菜土 壤質(zhì)量的提升有重要作用 對(duì)促進(jìn)設(shè)施蔬菜可持續(xù) 高效生產(chǎn)具有重要意義 目前 國(guó)內(nèi)外關(guān)于設(shè)施蔬 菜土壤環(huán)境質(zhì)量的研究主要集中在肥力 酶活性等 方面 2 對(duì)設(shè)施蔬菜土壤微生物多樣性的比較研究相 對(duì)較少 本研究以青椒 番茄 黃瓜三種設(shè)施蔬菜 土壤為研究對(duì)象 探究其微生物多樣性 為改善設(shè) 施蔬菜土壤環(huán)境 提高土壤肥力提供理論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 樣品采集 2020年4月于平泉市設(shè)施蔬菜種植大棚 采用五 點(diǎn)取樣法 每種蔬菜按照梅花形確定5個(gè)采樣點(diǎn) 選取生長(zhǎng)良好的植株 采用抖落法取水平深度 0 10 cm蔬菜根際土壤約100 g 待5個(gè)采樣點(diǎn)全部 取完后充分混勻 裝入密封袋中 帶回實(shí)驗(yàn)室 備用 土壤理化性質(zhì)見表1 表 1 土壤理化性質(zhì) 編號(hào) 蔬菜種類 含水量 pH 有機(jī)質(zhì) 全氮 PYH 黃瓜 14 4 6 0 25 8 0 9 PHX 番茄 18 1 6 5 35 2 1 2 PBQ 青椒 20 0 7 0 38 2 1 3 1 2 土壤DNA提取及測(cè)序 采用四分法取土壤樣品200 mg 500 mg于 滅菌離心管中 采用E Z N A TM Mag Bind Soil DNA Kit試劑盒提取土壤樣品DNA 并檢測(cè)樣品 DNA的濃度和質(zhì)量 利用細(xì)菌16SV3 V4區(qū)引物 341F 5null CCTACGGGNGGCWGCAG 3null 和805R 5 null GACTACHVGGGTATCTAATCC 3null 進(jìn)行擴(kuò)增 反應(yīng)體 系為 15 L 2 Hieff R Robust PCR Master Mix 1 L Primer F 1 L Primer R 20 ng PCR products 加水補(bǔ) 足至30 L 擴(kuò)增條件為94 3 min 94 30 s 45 20 s 65 30 s 5個(gè)循環(huán) 94 20 s 55 20 s 72 30 s 20個(gè)循環(huán) 72 5 min 第二輪擴(kuò)增 引 入Illumina橋式PCR兼容引物 PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖 凝膠電泳檢測(cè)后 應(yīng)用Illumina Miseq平臺(tái)進(jìn)行高通量 測(cè)序 測(cè)序工作由生工生物工程 上海 股份有限 公司完成 1 3 數(shù)據(jù)分析 選取97 相似水平下的OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計(jì)分 析 采用Moheur軟件進(jìn)行Alpha多樣性分析 包括計(jì) 算群落分布多樣性的Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù) 以 及計(jì)算群落分布豐度的Chao1指數(shù)和ACE指數(shù) 用R 語(yǔ)言工具統(tǒng)計(jì)各樣本物種組成及相對(duì)豐度 并繪制 柱狀圖 2 結(jié)果與分析 2 1 不同種類設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌Alpha多樣性比較 PBQ PHX PYH三個(gè)樣本Alpha多樣性結(jié) 果見表2 三種設(shè)施蔬菜土壤樣本PBQ PHX PYH中細(xì)菌OTU數(shù)分別為4 790 3 655 3 266 樣本所建的文庫(kù)覆蓋率均在95 以上 說明測(cè)序 結(jié)果比較可靠 能夠有效反映樣本環(huán)境 細(xì)菌的 Shannon指數(shù) ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)從高到低依次為 PBQ PHX PYH 且PBQ樣本中Simpson指數(shù)最低 設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析 張 婷 1 聶晶晶 2 李海燕 1 李新暢 1 巴金磊 1 1 承德市農(nóng)林科學(xué)院 河北 承德 067000 2 河北民族師范學(xué)院 河北 承德 067000 摘要 為明確不同種類設(shè)施蔬菜土壤微生物多樣性 利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)不同種類設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌 V3 V4 區(qū)進(jìn)行測(cè)定 分析不同設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落特點(diǎn) 結(jié)果表明 不同種類蔬菜土壤細(xì)菌多樣性不同 青椒土 壤細(xì)菌多樣性最高 黃瓜土壤細(xì)菌多樣性最低 物種分類顯示 青椒土壤中細(xì)菌隸屬于33門 68綱 112目 231科 533 屬 番茄土壤細(xì)菌隸屬于 30 門 62 綱 102 目 209 科 455 屬 黃瓜土壤細(xì)菌隸屬于 28 門 62 綱 105 目 216科 518屬 其中青椒與番茄土壤理化性質(zhì)相近 群落結(jié)構(gòu)相似 而黃瓜土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量較低 且弱酸高鹽 土壤群落結(jié)構(gòu)與前兩者差異較大 關(guān)鍵詞 設(shè)施蔬菜 土壤細(xì)菌 群落結(jié)構(gòu) 多樣性 中圖分類號(hào) S316 S154 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 收稿日期 2021 12 10 基金項(xiàng)目 河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 21327306D 承德市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 202103B003 作者簡(jiǎn)介 張 婷 1992 女 河北石家莊人 碩士 助理研究員 研究方向 農(nóng)業(yè)應(yīng)用微生物 張 婷 等 設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析 資源 環(huán)境 14 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技 2022 年第 33 卷第 5 期 總第 529 期 說明設(shè)施青椒的土壤中微生物多樣性和豐富度較 高 結(jié)果同OTU數(shù)一致 表 2 土壤細(xì)菌 Alpha 多樣性指數(shù) 樣品 OTU Shannon指數(shù) Simpson指數(shù) ACE Chao1 覆蓋率 PBQ 4 790 6 91 0 003 4 6 332 036 196 70 97 PHX3 655 6 82 0 003 5 5 492 735 456 19 95 PYH3 266 5 75 0 0167 4 761 414 640 34 97 2 2 不同種類設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落組成 通過不同種類設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌OTU分析的結(jié) 果來看 PBQ中細(xì)菌群落隸屬于33門 68綱 112 目 231科 533屬 PHX中細(xì)菌群落隸屬于30門 62綱 102目 209科 455屬 PYH中細(xì)菌群落隸 屬于28門 62綱 105目 216科 518屬 從門水 平看 PBQ和PHX樣品中相對(duì)豐度 1 的有變形菌 門 放線菌門 擬桿菌門 厚壁菌門 酸桿菌門 Candidatus Saccharibacteria 浮霉菌門 綠彎菌門 芽 單胞菌門 疣微菌門以及未分類細(xì)菌 但Candidatus Saccharibacteria 芽單胞菌門 疣微菌門在PYH樣本 中相對(duì)豐度 1 00 分別為0 51 0 51 0 79 圖1 相對(duì)豐度 圖 1 門水平上細(xì)菌群落組成比較 從綱水平上看 PBQ中相對(duì)豐度 1 的有16 個(gè) 分別為 變形菌綱 放線菌綱 變形菌 綱 鞘氨醇桿菌綱 噬纖維菌綱 變形菌綱 變形菌綱 Candidatus Saccharibacteria 浮霉菌 綱 芽單胞菌綱 桿菌綱 梭菌綱 酸桿菌綱 黃 桿菌綱 熱微菌綱以及未分類細(xì)菌 PHX中相對(duì)豐 度 1 00 的有17個(gè) 除了與上述PBQ中相同的16個(gè) 外 還有厭氧繩菌綱 相對(duì)豐度為1 26 PYH中相 對(duì)豐度 1 00 的有13個(gè) 分別為放線菌綱 變 形菌綱 黃桿菌綱 變形菌綱 桿菌綱 噬纖維 菌綱 鞘氨醇桿菌綱 變形菌綱 熱微菌綱 浮 霉菌綱 厭氧繩菌綱 變形菌綱以及未分類細(xì)菌 圖2 從屬水平上看 除未分類細(xì)菌外 PBQ中相對(duì) 豐度 1 的有12個(gè) 分別為 Saccharibacteria genera incertae sedis 產(chǎn)卟啉桿菌屬 鞘氨醇單胞菌屬 芽單胞菌屬 Ohtaekwangia 類固醇桿菌屬 Gp6 Povalibacter 德沃斯氏菌屬 芽孢桿菌屬 溶桿菌 屬 類諾卡氏屬 PHX中相對(duì)豐度 1 00 的有15 個(gè) 除芽孢桿菌屬 0 50 外 包含PBQ樣品中的 剩余11個(gè)細(xì)菌屬 此外嗜甲基菌屬 Luteimonas 黃 桿菌屬和鏈霉菌屬相對(duì)豐度也 1 00 PYH中相對(duì) 豐度 1 的有16個(gè) 除溶桿菌屬 產(chǎn)卟啉桿菌屬 類諾卡氏屬 芽孢桿菌屬 鞘氨醇單胞菌屬5個(gè)細(xì)菌 屬與PBQ和PHX相同 剩下的相對(duì)豐度 1 00 的細(xì) 菌屬分別為盟微菌屬 嗜鹽單胞菌屬 節(jié)桿菌屬 動(dòng)性球菌屬 纖維弧菌屬 短狀桿菌屬 棒狀桿菌 屬 考克氏菌屬 Marmoricola Nitrolancea 根瘤 菌屬 圖3 相對(duì)豐度 圖 3 屬水平上細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分布 3 結(jié)論與討論 微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中多樣性最為豐富的群 體之一 其群落結(jié)構(gòu)組成與功能在土壤生物化學(xué)循 環(huán)方面起到重要作用 土壤中病原微生物的增加會(huì) 對(duì)植物健康造成威脅 而微生物的多樣性對(duì)植物病 原菌有潛在的抑制作用 土壤微生物群落對(duì)環(huán)境條 件的改變很敏感 土壤理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)變化都會(huì)影 響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化 導(dǎo)致土壤肥力和作 物產(chǎn)率發(fā)生變化 進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng) 3 因此 土 壤微生物是調(diào)控土壤質(zhì)量的核心要素 要提升設(shè)施 蔬菜土壤質(zhì)量 其核心就是要調(diào)控土壤微生物 4 本試驗(yàn)對(duì)不同種類設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu) 和組成進(jìn)行分析比較 發(fā)現(xiàn)土壤細(xì)菌多樣性和OTU 值均為青椒 番茄 黃瓜 一般來說 高質(zhì)量的土 壤其細(xì)菌多樣性也較高 三樣本中土壤有機(jī)質(zhì)和全 氮含量均為青椒 番茄 黃瓜 說明土壤細(xì)菌多樣 相對(duì)豐度 圖 2 綱水平上細(xì)菌群落組成比較 資源 環(huán)境 15 性在一定程度上受到土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影 響 且有機(jī)質(zhì)和全氮含量越高 土壤細(xì)菌多樣性越 高 這一結(jié)果與尚天翠等 5 的研究結(jié)果一致 土壤pH 是影響植物生長(zhǎng)和氮素吸收的重要環(huán)境因子 它可 以通過影響微生物活動(dòng)等改變土壤氮素的組成及含 量 進(jìn)而影響植物根系氮素的吸收 6 土壤呈弱酸性 時(shí) 微生物群落結(jié)構(gòu)也會(huì)受到影響 黃瓜土壤pH值 為6 0 其細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與呈中性的青椒和番茄有明 顯的不同 其中放線菌門 擬桿菌門和厚壁菌門相 對(duì)豐度明顯增加 分別達(dá)30 47 17 15 和8 27 而變形菌門和酸桿菌門相對(duì)豐度為33 72 1 23 顯著低于青椒和番茄 這與鄧大豪等 7 的研究結(jié)果一 致 土壤酸化 鹽漬化會(huì)導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu) 的改變 從群落結(jié)構(gòu)上來看 青椒土壤細(xì)菌在門 綱 目 科 屬水平上種類均高于番茄和黃瓜 但三樣 本中均有較大比例的細(xì)菌不能準(zhǔn)確分類 青椒和番 茄土壤pH 有機(jī)質(zhì)和全氮含量相近 而兩者的細(xì)菌 群落結(jié)構(gòu)組成相似 說明理化性質(zhì)在一定程度上影 響土壤微生物的結(jié)構(gòu)組成 但對(duì)于土壤微生物的影 響不僅局限于土壤酸堿度 有機(jī)質(zhì)和全氮含量 任 何單一的土壤理化性質(zhì)均無(wú)法顯著影響土壤微生物 的群落結(jié)構(gòu)和物種組成 劉艷霞 8 等人的研究表明 土壤微生物結(jié)構(gòu)是受多種因素綜合影響和決定的 從物種組成上看 青椒 番茄 黃瓜三種土壤 中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門種類相同 但相對(duì)豐度不同 其中青 椒和番茄土壤優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門相對(duì)豐度差別不大 但與 黃瓜土壤中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門相對(duì)豐度有較大差別 黃瓜 土壤中盟微菌屬 嗜鹽單胞菌屬 節(jié)桿菌屬 動(dòng)性 球菌屬 纖維弧菌屬 短狀桿菌屬 棒狀桿菌屬 考克氏菌屬 Marmoricola Nitrolancea 根瘤菌屬相 對(duì)豐度均達(dá)到了1 00 以上 其中盟微菌屬 嗜鹽單 胞菌屬和動(dòng)性球菌屬在含鹽量較高的土壤中豐度較 大 說明黃瓜土壤含鹽量較高 這與黃瓜施肥量有 關(guān) 此外 黃瓜土壤中有害真菌如鐮刀菌和莖腐病 菌相對(duì)豐度顯著增加 這也使得土壤中細(xì)菌群落組 成發(fā)生明顯變化 導(dǎo)致黃瓜具有潛在的病害發(fā)生的 危險(xiǎn) 綜上所述 本試驗(yàn)通過高通量測(cè)序分析了不 同設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌多樣性及群落結(jié)構(gòu) 發(fā)現(xiàn)不同 種類設(shè)施蔬菜土壤微生物多樣性不同 一方面 由 于土壤理化性質(zhì)的差異導(dǎo)致了細(xì)菌群落組成存在差 異 另一方面 不同蔬菜根系分泌物對(duì)微生物的影 響也不盡相同 9 研究表明 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量 與細(xì)菌多樣性成正比 而弱酸高鹽環(huán)境使得土壤中 耐鹽細(xì)菌和病原真菌數(shù)量增多 從而使土壤細(xì)菌群 落結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化 土壤微生物具有復(fù)雜的交互 關(guān)系網(wǎng)絡(luò) 且與土壤物理 化學(xué)等因素密切相關(guān) 因此調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)需要綜合考慮土壤的 理化性質(zhì) 但其影響機(jī)制仍需進(jìn)一步研究 參考文獻(xiàn) 1 王海斌 葉江華 陳曉婷 等 連作茶樹根際土壤酸度對(duì)土壤微生物的 影響 J 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào) 2016 22 3 480 485 2 李玉娣 谷 潔 付青霞 等 陜西云陽(yáng)蔬菜大棚土壤養(yǎng)分及微生物群落 功能多樣性研究 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2014 33 4 765 771 3 劉亞軍 馬 琨 李 越 等 馬鈴薯間作栽培對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與 功能的影響 J 核農(nóng)學(xué)報(bào) 2018 32 6 1186 1194 4 田 恬 田永強(qiáng) 高麗紅 設(shè)施菜田土壤質(zhì)量研究進(jìn)展 J 中國(guó)蔬 菜 2 0 2 1 1 0 3 5 4 4 5 尚天翠 衛(wèi) 剛 趙 玉 新疆野生櫻桃李林不同生態(tài)條件下土壤細(xì)菌 數(shù)量變化及其影響因子研究 J 生物學(xué)雜志 2015 32 2 58 60 6 馬慶旭 王 峻 曹小闖 等 土壤pH對(duì)玉米與微生物競(jìng)爭(zhēng)吸收氨基酸 的影響 J 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 2017 28 7 2277 2284 7 鄧大豪 鄧 濤 周 游 等 不同品種香蕉種植地土壤微生物多樣性及 其對(duì)土壤理化性質(zhì)的響應(yīng) J 熱帶作物學(xué)報(bào) 2019 40 9 1858 1864 8 劉艷霞 李 想 鄒 焱 等 貴州省典型植煙生態(tài)區(qū)域根際土壤微生物 群落多樣性 J 生態(tài)學(xué)報(bào) 2018 38 9 3145 3154 9 張 翔 宋水山 黃亞麗 等 基于高通量測(cè)序分析河北省中南部地區(qū) 土壤細(xì)菌多樣性 J 華北農(nóng)學(xué)報(bào) 2018 33 4 196 203 上接5頁(yè) 的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 并建立健全以綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展為導(dǎo) 向的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼制度 促使財(cái)政支農(nóng)支出能夠顯著提 升山東省農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率 參考文獻(xiàn) 1 葛鵬飛 王頌吉 黃秀路 中國(guó)農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率測(cè)算 J 中國(guó) 人口 資源與環(huán)境 2018 3 62 69 2 楊 騫 王 玨 李 超 等 中國(guó)農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率的空間分異 及其驅(qū)動(dòng)因素 J 數(shù)量經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究 2019 36 10 21 37 3 劉亦文 歐陽(yáng)瑩 蔡宏宇 中國(guó)農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率測(cè)度及時(shí)空 演化特征研究 J 數(shù)量經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究 2021 38 5 39 56 4 張頌心 王 輝 徐如濃 科技進(jìn)步 綠色全要素生產(chǎn)率與農(nóng)業(yè)碳排 放關(guān)系分析 基于泛長(zhǎng)三角26個(gè)城市面板數(shù)據(jù) J 科技管理研 究 2021 41 2 211 218 5 劉 敏 農(nóng)機(jī)投入對(duì)農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率的影響及門檻效應(yīng)研究 D 長(zhǎng)春 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 6 梁 俊 龍少波 農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率增長(zhǎng)及其影響因素 J 華南 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 社會(huì)科學(xué)版 2015 14 3 1 12 7 Malmquist S Index numbers and indifference surfaces J Trabajos De Estadistica 1953 4 2 209 242 8 Chung Y Fare R Productivity and Undesirable Outputs A Directional Distance Function Approach J Microeconomics 1997 51 3 229 240 9 Oh D H A global Malmquist Luenberger productivity index J Journal of Productivity Analysis 2010 34 3 183 197 10 李 波 張俊飚 李海鵬 中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放時(shí)空特征及影響因素分解 J 中國(guó) 人口 資 源與 環(huán) 境 2 0 1 1 2 1 8 8 0 8 6 張 婷 等 設(shè)施蔬菜土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性分析