“日晒高温覆膜”技术对韭菜地土壤微生物的影响

论文摘要

“日晒高温覆膜”技术由中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军研究员团队发明,主要用于防治韭菜地韭菜迟眼蕈蚊（俗称:韭蛆）。该技术在不添加任何化学药剂的情况下,在光照强度超过55000 Lux时仅使用一张厚度为0.10 mm的蓝色无滴膜便可将韭蛆的防治效果提高到100%,而且提高韭菜的产量。为了明确“日晒高温覆膜”技术对土壤微生物及土壤理化性质的影响,从而促进韭菜增产的机理,本试验项目在中国农业科学院蔬菜花卉研究所实验基地进行,选取土壤肥力和韭菜长势一致的两个田块,割除韭菜后设置覆膜（SF）和对照（SC）两个处理,按S型5点取样的方式分别对处理前、处理后第1天、第5天、第10天、第15天和第20天的土壤进行取样,采用高通量测序技术检测土壤样品中微生物多样性、宏基因组,并分析土壤样品中有机质、氮、磷、钾含量和pH值等理化性质,研究处理前后土壤样品中微生物多样性、宏基因组信息与土壤理化性质之间的关系。通过Illumina MiSeq高通量测序技术和理化性质结合分析得到的主要研究结果如下:（1）“日晒高温覆膜”技术可以使得土壤微生物群落多样性降低。通过对微生物种群分析得到高温覆膜处理组和对照组中土壤中优势菌门一致。且土壤样品SF1和SF2土壤微生物种群结构与其它土壤样品显著不同。SF1样品中的厚壁菌门（Firmicutes）,梭菌属（Clostridia）丰度较高。以及SF2土壤样品中γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）,假单胞菌科（Pseudomonadaceae）物种丰度较高。（2）明确了“日晒高温覆膜”技术能够促进土壤有益微生物种群。SF1土壤样品中有益微生物种群芽孢杆菌（Bacillus）,拟杆菌门（Proteobacteria）,绿弯菌门（Chloroflexi）以及厚壁菌门（Firmicutes）的丰度明显增加。（3）通过测得的地球理化性质,分析得到覆膜土壤中SF1样品中的水解性氮含量相对增加30.69%。土壤有机质在覆膜处理组SF1样品中相对增加6.45%,SF2样品相对减少4.16%,SF4样品相对减少3.58%,SF5样品相对减少8.23%。土壤中速效钾的含量在SF2样品与其对照组相比减少20.5%。对于土壤的酸碱度pH值,覆膜土壤略高于对照组在7.23-7.67范围内。（4）结合土壤理化性质分析结果,“日晒高温覆膜”技术处理土壤中水解性氮、全钾、全磷、速效磷、有机质以及温度6个理化因子对RDA1具有很高的贡献值。其中水解性氮、速效磷以及温度对土壤中微生物种群多样性的影响具有显著相关性。（5）通过宏基因组数据分析得到“日晒高温覆膜”技术处理后土壤微生物种群主要是细菌（89.13%）,其次是古菌（1.45%）。（6）通过对4个代表土壤样品宏基因组测序分析得到,经过“日晒高温覆膜”技术处理的土壤中一些功能基因丰度产生变化,尤其是氮代谢通路以及甲烷代谢通路过程中所参与的酶基因丰度。氮代谢通路中土壤样品SF1以及SF2相关酶丰度是显著高于对照组。甲烷代谢通路中土壤样品SF1中相关酶丰度高于对照组,而SF2和SF5样品中相关酶丰度是低于对照组。（7）SF1样品在KEGG数据库功能注释得到的结果,新陈代谢（Metabolism）占76.45%,遗传信息处理（Genetic InformationProcessing）占8.52%,环境信息处理（Environmental Information Processing）占3.34%,生物体系统（Organismal Systems）占0.67%,生物体系统（Organismal Systems）占0.21%,其中经过“日晒高温覆膜”技术对土壤功能代谢有所影响。（8）通过抗性基因库注释得到亚硝化螺菌属（Nitrososphaera）在CARD基因库中的Function3 AT和Function4 ABS功能的贡献度很高。（9）由宏基因组分析得到,SF5样品与SFQ样品比对,该覆膜技术在功能菌属上无明显区别。本研究无论从微生物多样性、宏基因组信息和土壤理化性质均表明“日晒高温覆膜”技术有利于提高土壤有益微生物细菌丰度增加,促进有益微生物对土壤肥力的。最后可以恢复其原有的生态系统,这种环境友好型技术可持续推广。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 前言
•   1.1 土壤微生物群落特征概念
•     1.1.1 微生物在土壤中的多样性
•     1.1.2 土壤微生物对植物根际生长的作用
•   1.2 “日晒高温覆膜”技术的介绍
•     1.2.1 “日晒高温覆膜”技术国内外研究进展
•     1.2.2 “日晒高温覆膜”技术对韭菜蛆虫的影响
•     1.2.3 “高温覆膜”技术对土壤理化性质影响的研究
•   1.3 土壤微生物多样性结构与研究技术路线
•     1.3.1 PCR现代分子生物学方法
•     1.3.2 16SrRNA基因序列分析法
•     1.3.3 高通量测序介绍
•     1.3.4 宏基因组测序
•   1.4 本课题研究意义及内容
• 2 材料与方法
•   2.1 试验仪器及试剂
•   2.2 “日晒高温覆膜”技术
•   2.3 土壤样品的采集与处理
•   2.4 土壤理化性质测定方法
•   2.5 高通量测序宏基因组微生物测序分析
•     2.5.1 土壤样品中细菌DNA提取
•     2.5.2 土壤样本细菌的PCR扩增
•     2.5.3 Illumina Miseq测序及数据处理
•     2.5.4 生物信息学分析流程
•     2.5.5 生物统计分析方法
•     2.5.6 常用功能基因库简介
• 3 结果
•   3.1 试验地的基本概况
•   3.2 “日晒高温覆膜”技术对土壤理化性质的影响
•     3.2.1 “日晒高温覆膜”技术对土壤水解性氮含量的影响
•     3.2.2 “日晒高温覆膜”技术对土壤有机质含量的影响
•     3.2.3 “日晒高温覆膜”技术对土壤pH值的影响
•     3.2.4 “日晒高温覆膜”技术对土壤速效钾含量的影响
•   3.3 72个土壤样品DNA的提取以及PCR扩增
•   3.4 基于高通量技术分析韭菜根际土壤细菌多样性
•     3.4.1 土壤中微生物OTU单元分类
•     3.4.2 细菌测序下机数据分析
•     3.4.3 土壤细菌Alpha多样性分析
•     3.4.4 土壤细菌种群多样性分析
•     3.4.5 “日晒高温覆膜”技术对土壤中细菌种类的影响
•     3.4.6 土壤样品间物种种群聚类分析
•     3.4.7 土壤环境因子与微生物细菌群落相关性分析
•     3.4.8 土壤微生物细菌功能基因的差异
•     3.4.9 宏基因组测序结果与分析
•     3.4.10 代谢通路
• 4 讨论
•   4.1 “日晒高温覆膜”技术对土壤温度影响
•   4.2 土壤中优势菌益菌介绍
•   4.3 本实验的不足及展望
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 石琳琳

导师: 向文胜

关键词: 日晒高温覆膜技术,理化因子,土壤微生物多样性,宏基因组

来源: 东北农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学,园艺,园艺

单位: 东北农业大学

分类号: S633.3;S154.3;S626

总页数: 70

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