白晶芝, 趙 源, 吳鳳芝

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院 哈爾濱 150030)

鹽堿脅迫對(duì)黃瓜嫁接苗根際土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)及豐度的影響*

白晶芝, 趙 源, 吳鳳芝**

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院 哈爾濱 150030)

為了解鹽堿脅迫對(duì)黃瓜嫁接苗根際土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)的影響, 本研究以 2種耐鹽堿砧木‘華砧108’(T1)、‘神力鐵木砧’(T2)和 2 種鹽堿敏感砧木‘輝太郎’(S1)、‘京欣砧 6 號(hào)’(S2)為試材, 自根苗作為對(duì)照, 以混合鹽(鹽分摩爾比為 NaHCO3∶Na2SO4∶NaCl∶Na2CO3=4∶2∶2∶0.15)濃度為 100 mmol·L-1、pH 9.0 的處理液處理20 d、30 d、40 d(定植30 d、40 d、50 d), 利用PCR-DGGE技術(shù), 研究了鹽堿脅迫對(duì)不同砧木嫁接的黃瓜幼苗根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和豐度的影響。結(jié)果表明, 耐鹽堿的砧木品種T1、T2根際土壤真菌DGGE圖譜條帶數(shù)顯著高于鹽堿敏感的S2和自根苗對(duì)照CK, 并且耐鹽堿的品種T2土壤細(xì)菌的Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均顯著高于鹽堿敏感的品種S1、S2和自根苗對(duì)照CK。耐鹽堿品種T1的細(xì)菌16S rDNA基因拷貝數(shù)在定植50 d時(shí)顯著高于鹽堿敏感的品種及自根苗; 在定植40 d時(shí), 耐鹽堿的砧木T2真菌ITS基因拷貝數(shù)顯著高于鹽堿敏感的品種以及黃瓜自根苗; 定植50 d時(shí), 耐鹽堿的砧木真菌ITS基因拷貝數(shù)顯著高于鹽堿敏感的品種, 但與自根苗差異不顯著。不同耐鹽堿性砧木嫁接黃瓜幼苗根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成和豐度存在差異。以上研究表明, 隨著鹽堿脅迫時(shí)間的增加, 耐鹽堿性不同的砧木嫁接苗根際土壤微生物群落豐度與結(jié)構(gòu)多樣性產(chǎn)生了較大差異, 間接改變了土壤微生態(tài)環(huán)境, 致使土壤微生物數(shù)量和豐富度也發(fā)生改變。耐鹽堿的砧木品種可能通過改善土壤微環(huán)境來加強(qiáng)其自身的耐鹽堿特性。

鹽堿脅迫; 黃瓜嫁接; 耐鹽性砧木; 土壤微生物群落

我國(guó)鹽漬土的總面積大約為3 487萬(wàn)hm2, 耕地中有760萬(wàn)hm2發(fā)生不同程度的鹽堿化, 約占總耕地面積的1/4。黑龍江省的鹽堿地面積為116萬(wàn)hm2, 占全省總土地面積的 3%[1-2], 且鹽漬化的土壤面積和程度正在不斷加重, 使設(shè)施蔬菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)受到影響,從而阻礙了我國(guó)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]。黃瓜(Cucumis sativusL.)是我國(guó)設(shè)施蔬菜的主栽作物之一, 其根系再生能力較差, 耐鹽性較弱, 如何減輕和克服土壤鹽害是設(shè)施黃瓜生產(chǎn)中亟待解決的問題。研究表明, 嫁接可大大提高黃瓜的耐鹽性[4], 且嫁接黃瓜操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品安全可靠, 因此, 采用嫁接提高黃瓜的耐鹽性是切實(shí)可行的好方法。瓜類和茄科類蔬菜進(jìn)行嫁接栽培是克服土壤鹽漬化的一項(xiàng)有效措施[5]。

土壤環(huán)境的變化會(huì)影響到微生物群落組成、數(shù)量及其分布[6]。研究發(fā)現(xiàn), 鹽堿脅迫影響了土壤微生物的活性, 降低了微生物碳、氮量, 造成了微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)分解作用的下降[7], 同時(shí)還會(huì)影響植物生長(zhǎng)、光合作用以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[8], 因此土壤鹽堿脅迫是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一[9]。土壤微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分解和營(yíng)養(yǎng)元素礦化起著重要作用, 是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù),可作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[10]。研究表明,土壤微生物數(shù)量隨著土壤鹽害程度的升高而降低,細(xì)菌、放線菌數(shù)量與土壤全鹽含量呈顯著負(fù)相關(guān),細(xì)菌數(shù)量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著相關(guān)[11-14]。有研究表明, 同種植物的不同品種根系分泌物組成不同, 引起根際微生物群落結(jié)構(gòu)的改變, 從而影響土壤養(yǎng)分的形成、積累以及植物的抗逆性等[15]。不同種類的砧木嫁接可不同程度地提高嫁接苗根際土壤細(xì)菌的多樣性, 從而有助于提高西瓜[Citrullus lanatus(Thunb.) Matsum.et Nakai]嫁接苗的抗性[16]。嫁接可改變茄子(Solanum melongenaL.)根際微生物種群數(shù)量和結(jié)構(gòu), 增加有益菌數(shù)量, 進(jìn)而增強(qiáng)茄子的抗病性[17]。前人對(duì)蔬菜嫁接的研究多集中在抗病[18]、耐濕、耐低溫上, 而關(guān)于抗鹽[19], 尤其是砧木對(duì)復(fù)雜鹽堿耐性及其作用機(jī)理研究還較少, 而關(guān)于同種植物的不同品種砧木嫁接對(duì)植物根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和豐度的影響與植物耐鹽堿性是否存在一定的關(guān)系鮮見報(bào)道。

本研究旨在進(jìn)一步明確設(shè)施蔬菜鹽堿脅迫與土壤微生物的關(guān)系, 通過模擬黑龍江等地的設(shè)施鹽堿土壤成分配制處理液, 采用PCR-DGGE技術(shù)研究鹽脅迫對(duì)不同耐鹽堿砧木嫁接黃瓜的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和豐度的影響, 深入挖掘嫁接黃瓜的耐鹽堿機(jī)理, 為鹽堿地改良提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)試材

試驗(yàn)于2013年2—11月于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心節(jié)能日光溫室和園藝學(xué)院蔬菜生理生態(tài)研究室進(jìn)行。

供試品種: 黃瓜嫁接砧木采用耐鹽堿的‘華砧108’(T1)、‘神力鐵木砧’(T2)和鹽堿敏感砧木‘輝太郎’(S1)、‘京欣砧 6 號(hào)’(S2)[20]; 接穗黃瓜品種為‘津春 9號(hào)’, 由天津科潤(rùn)黃瓜研究所研制育成, ‘津春 9號(hào)’黃瓜自根苗(CK)作對(duì)照。

供試土壤: 取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心大棚,為多年瓜類連作黑土?；纠砘再|(zhì)為: 有機(jī)質(zhì)含量21.7 g·kg-1, 全氮含量 0.125%, 堿解氮 54.6 mg·kg-1, 速效磷 36.94 mg·kg-1, 速效鉀 177.9 mg·kg-1, pH 為 7.37,EC 為 593 μS·cm-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

黑龍江鹽堿地主要鹽分組成為NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3, 其中含量占陰離子總量的一半左右, 且的質(zhì)量比為1～2, 平均pH在8.72左右[13]。本試驗(yàn)采用鹽濃度為100 mmol·L-1、pH 9.0的鹽堿液進(jìn)行鹽堿脅迫處理,處理液配制各鹽分摩爾比為 NaHCO3∶Na2SO4∶NaCl∶Na2CO3=4∶2∶2∶0.15。試驗(yàn)選用2個(gè)耐鹽堿和鹽堿敏感黃瓜嫁接砧木T1、T2、S1、S2, 以‘津春9號(hào)’黃瓜自根苗作對(duì)照(CK), 共 5個(gè)處理。每個(gè)重復(fù)12盆, 3次重復(fù), 隨機(jī)排列, 并設(shè)有保護(hù)行。

接穗黃瓜采用常規(guī)育苗, 嫁接采用插接法, 嫁接苗成活后待接穗長(zhǎng)至 3葉 1心時(shí), 定植到規(guī)格為180 mm×230 mm的塑料盆中, 每盆裝土壤3 kg, 同時(shí)將磷酸二銨和硫酸鉀兩種化肥按質(zhì)量比1∶1混合施入, 每盆8 g, 定植后10 d每盆澆入1 L鹽堿液, 保證每盆土壤中鹽水的量浸透土壤而不滲出, 使其總鹽終濃度為 3.08 g·kg-1, 其中 NaHCO31.37 g·kg-1, Na2SO41.16 g·kg-1, NaCl 0.48 g·kg-1, Na2CO30.065 g·kg-1。為防止?jié)B鹽, 盆底無排水孔, 之后常規(guī)管理。分別在定植后30 d、40 d、50 d(鹽堿脅迫 20 d、30 d、40 d), 每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取 3株黃瓜植株, 并用抖根法收集其根際土,過80目篩, 保存于-80 ℃冰箱中, 用于根際土壤總DNA的提取。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤總 DNA 的提取: 采用 Power Soil?DNA Isolation Kit(MO BIO Laboratories, CA, USA)試劑盒對(duì)植株根際土壤微生物總DNA進(jìn)行提取。土壤細(xì)菌16S rDNA的擴(kuò)增采用對(duì)大多數(shù)細(xì)菌的16S rDNA通用的引物對(duì)GC-338f和518r進(jìn)行PCR[21]。土壤真菌ITS區(qū)的擴(kuò)增采用對(duì)大多數(shù)真菌的 ITS區(qū)序列的通用引物ITS1-F、ITS4、GC-ITS1-F和ITS2進(jìn)行巢式PCR[22]。

變性梯度凝膠電泳(DGGE): 制備 8%(細(xì)菌和真菌)的聚丙烯酰胺凝膠, 其中變性劑濃度從上到下依次增加。細(xì)菌變性劑濃度從 40%到 75%(100%的變性劑為 7 mol·L-1的尿素和 40%去離子甲酰胺)。用D-code System電泳儀(Bio-Rad Lab, LA, USA), 電壓75 V, 溫度60 ℃, 電泳12 h后, 將膠完整取出用1∶3 300(v/v) GelRed (Biotium, USA)染色 25 min。用UVP labwork 4.6成像系統(tǒng)照相。

土壤微生物總 DNA 的提取:采用 Power Soil?DNA Isolation Kit(MO BIO Laboratories, CA, USA)試劑盒對(duì)植物根際總DNA進(jìn)行提取。

實(shí)時(shí)定量 PCR分析采用 IQ5 real-time PCR system (Bio-Rad Lab, LA, USA)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)的整理采用 Microsoft Excel(Office 2010)軟件完成; 數(shù)據(jù)處理采用SAS 8.1軟件,方差分析使用 ANOVA過程, 聚類分析使用 SPSS 16.0軟件。DGGE的指紋圖譜分析采用 Bio-Rad Quantityone 4.5軟件對(duì)DGGE圖譜進(jìn)行數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化分析, 主成分分析采用Canoco for Windows 4.5 software[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的差異

2.1.1 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的差異

從圖1可知, 在定植后30 d(鹽堿脅迫20 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜無明顯差異。主成分分析的兩個(gè)主要成分PC1和PC2分別代表總變量的26.5%和14.5%。自根苗CK的散點(diǎn)位置與嫁接苗各處理的散點(diǎn)位置距離較遠(yuǎn), 說明自根苗的根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與嫁接苗處理存在差異, 但是耐鹽堿砧木嫁接苗和鹽堿敏感處理散點(diǎn)分布比較均勻, 說明在鹽堿脅迫20 d時(shí), 耐鹽堿性不同的砧木嫁接苗根際土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)組成相似。

從圖2可知, 在定植后40 d(鹽堿脅迫30 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜無明顯差異。PCA分析圖2耐鹽堿的砧木嫁接苗(T1、T2)的散點(diǎn)距其他處理較遠(yuǎn), 鹽堿敏感的砧木嫁接苗散點(diǎn)位置相近, 但與自根苗有一定距離, 說明耐鹽堿性不同的砧木嫁接苗以及自根苗對(duì)照間的根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生較大差異。

從圖3可知, 在定植后50 d(鹽堿脅迫40 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜無明顯差異。PCA分析圖中耐鹽堿的砧木嫁接苗 T1與T2的散點(diǎn)基本在同一象限, 鹽堿敏感的砧木嫁接苗散點(diǎn)位置與自根苗有一定距離, 說明耐鹽堿性不同的砧木嫁接苗以及自根苗對(duì)照間的根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生較大差異。

圖2 定植后40 d(鹽堿脅迫30 d)不同砧木黃瓜嫁接苗根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜(a)及其主成分分析圖(b)Fig.2 DGGE profile (a) and PCA analysis (b) of the rhizosphere soil bacteria of grafted cucumber with different rootstocks after 40 days planting (30 days saline-alkali stress)

如表1所示, 在定植30 d(鹽堿脅迫20 d)時(shí), 自根苗對(duì)照(CK)的根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜條帶數(shù)顯著高于耐鹽堿性砧木嫁接苗(T2) (P＜0.05), 而各處理間的Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均沒有差異。在定植40 d(鹽堿脅迫30 d)時(shí), 各處理間的條帶數(shù)沒有差異; 耐鹽堿性砧木嫁接苗(T1)的 Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1) (P＜0.05)。在定植50 d(鹽堿脅迫40 d)時(shí),自根苗對(duì)照(CK)的條帶數(shù)顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1); 耐鹽堿性砧木嫁接苗(T2)的Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1) (P＜0.05)。

圖3 定植后50 d(鹽堿脅迫40 d)不同砧木黃瓜嫁接苗根際土壤細(xì)菌DGGE圖譜(a)及其主成分分析圖(b)Fig.3 DGGE profile (a) and PCA analysis (b) of the rhizosphere soil bacteria of grafted cucumber with different rootstocks after 50 days planting (40 days saline-alkali stress)

表1 鹽堿脅迫下不同耐鹽堿性黃瓜砧木嫁接對(duì)不同取樣時(shí)間土壤細(xì)菌DGGE圖譜的條帶數(shù)和多樣性指數(shù)的影響Table 1 Effect of rootstock varieties of cucumber on soil bacteria DGGE profile band number and diversity indexes at different sampling times under saline-alkali stress

2.1.2 土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的差異

從圖4可知, 定植后30 d(鹽堿脅迫20 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜無明顯差異。PCA分析圖中耐鹽堿的砧木嫁接苗 T1與T2的散點(diǎn)距離較近, 距離自根苗(CK)和鹽堿敏感的砧木嫁接苗S1、S2較遠(yuǎn), 說明兩個(gè)耐鹽堿的砧木嫁接苗根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)差異不大, 但與其他處理, 特別是自根苗的根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成產(chǎn)生較大差異。

圖4 定植后30 d(鹽堿脅迫20 d)不同砧木黃瓜嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜(a)及其主成分分析圖(b)Fig.4 DGGE profile (a) and PCA analysis (b) of the rhizosphere soil fungi of grafted cucumber with different rootstocks after 30 days planting (20 days saline-alkali stress)

圖5 定植后40 d(鹽堿脅迫30 d)不同砧木黃瓜嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜(a)及其主成分分析圖(b)Fig.5 DGGE profile (a) and PCA analysis (b) of the rhizosphere soil fungi of grafted cucumber with different rootstocks after 40 days planting (30 days saline-alkali stress)

從圖5可知, 在定植后40 d(鹽堿脅迫30 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜無明顯差異。PCA分析圖中耐鹽堿的砧木嫁接苗 T1與T2的散點(diǎn)在同一象限, 鹽堿敏感(S1、S2)的散點(diǎn)基本在同一象限, 而與自根苗(CK)的散點(diǎn)距離比較遠(yuǎn), 說明嫁接苗與自根苗的根際土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成存在較大差異, 每個(gè)處理的 3個(gè)散點(diǎn)位置比較集中, 說明各處理重復(fù)性比較好。

從圖6可知, 在定植后50 d(鹽堿脅迫40 d), 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜無明顯差異。PCA分析圖中耐鹽堿的砧木嫁接苗 T1與T2的散點(diǎn)比較集中, 與鹽堿敏感的S2基本在同一象限, S1和S2的散點(diǎn)位置有一定距離, 說明這2個(gè)砧木品種土壤真菌有一定差異; 砧木嫁接苗與自根苗(CK)的散點(diǎn)距離較遠(yuǎn), 說明砧木嫁接苗與自根苗對(duì)照存在較大差異。

圖6 定植后50 d(鹽堿脅迫40 d)不同砧木黃瓜嫁接苗根際土壤真菌DGGE圖譜(a)及其主成分分析圖(b)Fig.6 DGGE profile (a) and PCA analysis (b) of the rhizosphere soil fungi of grafted cucumber with different rootstocks after 50 days planting (40 days saline-alkali stress)

在定植30 d和40 d(鹽堿脅迫20 d和30 d)時(shí), 各處理間的條帶數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和均勻度指數(shù)均沒有差異(P＜0.05)。在定植50 d(鹽堿脅迫40 d)時(shí), 耐鹽堿性砧木嫁接苗(T1、T2)的條帶數(shù)顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S2)和自根苗對(duì)照(CK)(P＜0.05); 耐鹽堿性砧木嫁接苗(T2)的Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1、S2)和自根苗對(duì)照(CK) (P＜0.05)(表 2)。

表2 鹽堿脅迫下不同耐鹽堿性黃瓜砧木嫁接對(duì)不同取樣時(shí)間土壤真菌DGGE圖譜的條帶數(shù)和多樣性指數(shù)的影響Table 2 Effect of rootstock varieties of cucumber on soil fungi DGGE profile band number and diversity indexes at different sampling times under saline-alkali stress

2.2 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤微生物群落豐度的差異

圖7A結(jié)果表明, 隨著黃瓜生長(zhǎng), 真菌ITS基因拷貝數(shù)呈增加趨勢(shì)。在定植30 d(鹽堿脅迫20 d), 鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1)的真菌 ITS基因拷貝數(shù)要顯著低于其他處理及自根苗對(duì)照。在定植40 d(鹽堿脅迫30 d), 耐鹽堿砧木嫁接苗(T2)的真菌ITS基因拷貝數(shù)要顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1、S2)以及黃瓜自根苗對(duì)照(CK)。在定植50 d(鹽堿脅迫40 d),耐鹽堿砧木嫁接苗(T1、T2)處理的真菌 ITS基因拷貝數(shù)要顯著高于鹽堿敏感砧木嫁接苗(S1、S2)處理,與自根苗對(duì)照差異不顯著。在定植30～50 d, 鹽堿敏感的S1處理的真菌ITS基因拷貝數(shù)均低于其他處理及自根苗對(duì)照。

圖7 鹽堿脅迫下不同耐鹽堿性黃瓜砧木嫁接對(duì)不同取樣時(shí)間土壤真菌(A)和細(xì)菌(B)群落豐度的影響Fig.7 Effect of rootstock varieties of cucumber on soil fungi(A) and bacteria (B) community abundance at different sampling times under saline-alkali stress

由圖 7B看出, 隨著黃瓜生長(zhǎng), 細(xì)菌 16S rDNA基因拷貝數(shù)呈緩慢上升趨勢(shì), 在定植30 d(鹽堿脅迫20 d), 自根苗的細(xì)菌16S rDNA基因拷貝數(shù)顯著高于耐鹽堿砧木(T1、T2)(P＜0.05); 在定植 40 d時(shí)(鹽堿脅迫30 d), 自根苗與耐鹽堿性砧木 T1、T2的細(xì)菌 16S rDNA基因拷貝數(shù)要顯著高于鹽堿敏感砧木品種S1(P＜0.05); 在定植50 d(鹽堿脅迫40 d), 耐鹽堿砧木T1的土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他處理(P＜0.05)。

3 討論與結(jié)論

土壤微生物是土壤環(huán)境條件變化的敏感指標(biāo),土壤質(zhì)量在一定程度上由土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性來反映[24]。根際土壤微生物種群數(shù)量和比例能夠影響植物的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量、土壤的健康程度以及土傳病害發(fā)生的幾率和危害程度[25]。土壤細(xì)菌是土壤微生物的重要組成部分, 它在數(shù)量和種類上超過其他土壤有機(jī)體, 并能分解各種有機(jī)物質(zhì)。有研究表明, 鹽堿脅迫會(huì)在一定程度上破壞土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu), 降低土壤中細(xì)菌的含量[26]。真菌是常見的土壤微生物之一, 可以分解纖維素、淀粉、樹膠、木質(zhì)素以及較易分解的蛋白質(zhì)和糖類, 在腐殖質(zhì)的形成過程和土壤團(tuán)粒的穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用。不同砧木黃瓜嫁接苗及自根苗的根際土壤細(xì)菌與真菌 DGGE圖譜存在許多共同條帶, 表明具有這些條帶基因的土壤微生物不受砧木嫁接、采樣時(shí)期和鹽堿處理的影響, 在土壤中比較穩(wěn)定, 與包靜[27]的研究結(jié)果一致。對(duì)土壤細(xì)菌與真菌DGGE圖譜數(shù)據(jù)化處理后進(jìn)行主成分分析, 結(jié)果表明, 耐鹽堿性不同的砧木嫁接苗PCA散點(diǎn)距離隨著鹽堿脅迫時(shí)間的增加而加大, 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大差異, 這與趙久成[16]的研究結(jié)果相吻合。

土壤微生物多樣性影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及過程, 是維持土壤生產(chǎn)力的重要組分[28], 微生物群落結(jié)構(gòu)研究中常用的指數(shù)包括均衡性指數(shù)、豐富性和多樣性指數(shù)[29]。本試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 耐鹽堿性砧木嫁接苗根際土壤真菌和細(xì)菌的 Shannon-Wiener指數(shù)與均勻度指數(shù)均顯著高于鹽堿敏感的砧木嫁接苗和自根苗對(duì)照, 表現(xiàn)出不同耐鹽堿性砧木品種間根際土壤真菌和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化, 該結(jié)果與吳鳳芝等[15]的研究結(jié)果一致。前人研究表明,在鹽脅迫條件下, 耐鹽黃瓜品種真菌ITS和細(xì)菌16S rDNA基因拷貝數(shù)高于鹽敏感品種, 在定植后 30 d和50 d達(dá)到顯著水平(P＜0.05)[3]。本研究中, 在鹽堿脅迫條件下, 隨著黃瓜生長(zhǎng), 真菌 ITS基因拷貝數(shù)呈增加趨勢(shì)。在定植50 d, 耐鹽堿砧木T1、T2的土壤真菌 ITS基因拷貝數(shù)呈顯著增高趨勢(shì), 耐鹽堿砧木T1的土壤細(xì)菌16S rDNA基因拷貝數(shù)也顯著高于其他處理, 表現(xiàn)出品種間顯著差異, 說明鹽堿脅迫可能在一定程度上抑制土壤有機(jī)質(zhì)的分解與腐殖質(zhì)的形成, 從而改變真菌和細(xì)菌的數(shù)量。這可能是由于耐鹽堿能力不同的砧木品種根系分泌物的組成與含量不同, 從而使植株根際真菌和細(xì)菌的數(shù)量產(chǎn)生差異, 該結(jié)果與 Ling等[30]的研究結(jié)論具有相似性。

由此可見, 隨著鹽堿脅迫時(shí)間的增加, 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗的根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)差異逐漸顯現(xiàn), 可能是由于鹽堿成分影響了土壤理化性狀以及植物根系的生長(zhǎng), 不同植株生長(zhǎng)受到的抑制程度不同, 同時(shí), 植物根系分泌有益物質(zhì)發(fā)生變化, 導(dǎo)致土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖受到不同程度影響[31-32], 因此, 不同耐鹽堿性砧木嫁接苗土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大差異。耐鹽堿的品種可能正是由于通過改善其土壤中微生物的數(shù)量及豐富度來加強(qiáng)自身的耐鹽堿性。本試驗(yàn)采用熒光定量與PCR-DGGE方法相結(jié)合研究鹽堿脅迫對(duì)不同砧木嫁接苗根際土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)與豐度的影響, 土壤真菌與細(xì)菌群落豐度和 DGGE圖譜條帶數(shù)變化趨勢(shì)基本一致, 這也進(jìn)一步說明兩種方法的結(jié)合能夠說明土壤微生物的動(dòng)態(tài)變化, 為黃瓜在鹽堿地的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

References

[1]李德文, 唐中華, 劉英, 等.黑龍江省鹽堿地土壤無機(jī)碳分布特征[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 43(15): 85–87

Li D W, Tang Z H, Liu Y, et al.Distribution characteristics of soil Inorganic carbon of saline-alkaline land in Heilongjiang Province[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2015,43(15): 85–87

[2]路曉筠, 項(xiàng)衛(wèi)東, 鄭光耀, 等.鹽堿地改良措施研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 43(12): 5–8

Lu X J, Xiang W D, Zheng G Y, et al.Research progress of the improvement measures of saline-alkali soil[J].Jiangsu Agricultural Sciences, 2015, 43(12): 5–8

[3]趙索.不同耐鹽黃瓜品種根區(qū)土壤微生態(tài)學(xué)特征的研究[D].哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012

Zhao S.Research of cucumber of different cultivars varieties root zoot soil micro-ecosystem features[D].Harbin: Northeast Agricultural University, 2012

[4]朱進(jìn).嫁接提高黃瓜幼苗耐鹽性的生理機(jī)制研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007

Zhu J.Study of physiological mechanism on grafting increasing the salt tolerance of cucumber seedlings[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University, 2007

[5]Rivero R M, Ruiz J M, Romero L.Role of grafting in horticultural plants under stress conditions[J].Food, Agriculture &Environment, 2003, 1(1): 70–74

[6]Gamalero E, Berta G, Glick B R.The use of microorganisms to facilitate the growth of plants in saline soils[M]//Khan M,Zaidi A, Musarrat J.Microbial Strategies for Crop Improvement.Berlin, Heidelberg: Springer, 2009: 1–22

[7]Muhammad S, Müller T, Joergensen R G.Relationships between soil biological and other soil properties in saline and alkaline arable soils from the Pakistani Punjab[J].Journal of Arid Environments, 2008, 72(4): 448–457

[8]Parida A K, Das A B.Salt tolerance and salinity effects on plants: A review[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2005, 60(3): 324–349

[9]Lei B, Huang Y, Xie J J, et al.Increased cucumber salt tolerance by grafting on pumpkin rootstock and after application of calcium[J].Biologia Plantarum, 2014, 58(1): 179–184

[10]張立芙.鹽脅迫和黃瓜根系分泌物對(duì)土壤微生物的影響[D].哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009

Zhang L F.The impaction of cucumber root exudates on soil microbial under salt stress[D].Harbin: Northeast Agricultural University, 2009

[11]李鳳霞, 郭永忠, 許興.鹽堿地土壤微生物生態(tài)特征研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(23): 14065–14067

Li F X, Guo Y Z, Xu X.Research progress of the microbial characteristics of saline-alkali soil[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011, 39(23): 14065–14067

[12]孔濤, 張德勝, 徐慧, 等.鹽堿地及其改良過程中土壤微生物生態(tài)特征研究進(jìn)展[J].土壤, 2014, 46(4): 581–588

Kong T, Zhang D S, Xu H, et al.Microbial ecological characteristics of alkaline-saline lands and its amelioration process: A review[J].Soil, 2014, 46(4): 581–588

[13]周玲玲, 孟亞利, 王友華, 等.鹽脅迫對(duì)棉田土壤微生物數(shù)量與酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào), 2010, 24(2): 241–246

Zhou L L, Meng Y L, Wang Y H, et al.Effects of salinity stress on cotton field soil microbe quantity and soil enzyme activity[J].Journal of Soil and Water Conservation, 2010,24(2): 241–246

[14]康貽軍, 楊小蘭, 沈敏, 等.鹽堿土壤微生物對(duì)不同改良方法的響應(yīng)[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 25(3): 564–567

Kang Y J, Yang X L, Shen M, et al.Response of microbial ecological characters to different methods of amelioration in saline-alkali soil[J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,2009, 25(3): 564–567

[15]吳鳳芝, 包靜, 劉淑芹.鹽脅迫對(duì)黃瓜根際土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].園藝學(xué)報(bào), 2010, 37(5): 741–748

Wu F Z, Bao J, Liu S Q.Effects of salt stress on rhizospheric soil bacterial community structure and cucumber yield[J].Acta Horticulturae Sinica, 2010, 37(5): 741–748

[16]趙久成.嫁接對(duì)西瓜根際土壤微生物多樣性及生物學(xué)性狀的影響[D].南寧: 廣西大學(xué), 2014

Zhao J C.Effect of grafting on soil microbial diversity and biological properties in rhizosphere of watermelon[D].Nanning: Guangxi University, 2014

[17]尹玉玲, 周寶利, 李云鵬, 等.嫁接對(duì)茄子根際土壤微生物種群的化感效應(yīng)[J].園藝學(xué)報(bào), 2008, 35(8): 1131–1136

Yin Y L, Zhou B L, Li Y P, et al.Allelopathic effects of grafting on rhizosphere microorganisms population of eggplants[J].Acta Horticulturae Sinica, 2008, 35(8): 1131–1136

[18]Forner J B, Alcaide A.La mejora genética de patrones de agrios tolerantes a tristeza en Espa?a: 20 a?os de historia(Ⅰ)[J].Levante Agrícola, 1993, 325: 261–267

[19]Fernández-García N, Martínez V, Cerdá A, et al.Water and nutrient uptake of grafted tomato plants grown under saline conditions[J].Journal of Plant Physiology, 2002, 159(8):899–905

[20]趙源, 吳鳳芝.鹽堿脅迫對(duì)不同砧木黃瓜嫁接苗生長(zhǎng)及根區(qū)土壤酶活性的影響[J].中國(guó)蔬菜, 2014, (5): 33–38

Zhao Y, Wu F Z.Effects of saline stress on growth and rhizoplane soil enzyme activities of cucumber seedling grafted on different rootstocks[J].China Vegetables, 2014, (5): 33–38

[21]Muyzer G, de Waal E C, Uitterlinden A G.Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA[J].Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59(3): 695–700

[22]Gardes M, Bruns T D.ITS primers with enhanced specificity for basidiomycetes-application to the identification of mycorrhizae and rusts[J].Molecular Ecology, 1993, 2(2):113–118

[23]Xu Y X, Wang G H, Jin J, et al.Bacterial communities in soybean rhizosphere in response to soil type, soybean genotype, and their growth stage[J].Soil Biology and Biochemistry, 2009, 41(5): 919–925

[24]Garbeva P, van Veen J A, van Elsas J D.Microbial diversity in soil: Selection of microbial populations by plant and soil type and implications for disease suppressiveness[J].Annual Review of Phytopathology, 2004, 42: 243–270

[25]吳鳳芝, 安美君.西瓜枯萎病抗性及其嫁接對(duì)根際土壤微生物數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011,44(22): 4636–4644

Wu F Z, An M J.Effects of watermelon cultivars with different resistances toFusarium oxysporumf.sp.niveum and grafting on rhizosphere soil microorganism population and community structure[J].Scientia Agricultura Sinica, 2011,44(22): 4636–4644

[26]Ibekwe A M, Poss J A, Grattan S R, et al.Bacterial diversity in cucumber (Cucumis sativus) rhizosphere in response to salinity, soil pH, and boron[J].Soil Biology and Biochemistry,2010, 42(4): 567–575

[27]包靜.鹽脅迫對(duì)黃瓜根系分泌物及土壤微生物的影響[D].哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009

Bao J.Effects of salt stress on cucumber root exudates and soil microorganisms[D].Harbin: Journal of Northeast Agricultural University, 2009

[28]Taylor J P, Wilson B, Mills M S, et al.Comparison of microbial numbers and enzymatic activities in surface soils and subsoils using various techniques[J].Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(3): 387–401

[29]Joynt J, Bischoff M, Turco R, et al.Microbial community analysis of soils contaminated with lead, chromium and petroleum hydrocarbons[J].Microbial Ecology, 2006, 51(2):209–219

[30]Ling N, Song Y, Raza W, et al.The response of root-associated bacterial community to the grafting of watermelon[J].Plant and Soil, 2015, 391(1/2): 253–264

[31]呂可, 潘開文, 王進(jìn)闖, 等.花椒葉浸提液對(duì)土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(9):1649–1654

Lv K, Pan K W, Wang J C, et al.Effects ofZanthoxylum bungeanumleaf extract on soil microbe quantity and enzyme activities[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(9):1649–1654

[32]Dinkelaker B, R?mheld V, Marschner H.Citric acid excretion and precipitation of calcium citrate in the rhizosphere of white lupin (Lupinus albusL.)[J].Plant, Cell & Environment,1989, 12(3): 285–292

Effects of saline-alkali stress on structure and abundance of bacteria/fungi community in rhizosphere soil of grafted cucumber seedlings*

BAI Jingzhi, ZHAO Yuan, WU Fengzhi**
(College of Horticulture and Landscape Architecture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Two saline-alkali tolerant and two saline-alkali sensitive rootstocks were used to graft cucumber to determine the effect of saline-alkali stress on microbial community structures in rhizosphere soil of grafted cucumber seedlings.The aim of the study was to explore mechanisms of salt-alkali tolerance of grafted cucumber and promote cucumber cultivation, and further enhance improvement of saline lands.The two saline-alkali tolerant rootstocks were ‘Huazhen108’ (T1) and ‘Shenlitiemuzhen’ (T2), the two saline-alkali sensitive rootstocks were ‘Huitailang’ (S1) and ‘Jingxinzhenliuhao’ (S2), and then the own-root seedlings of cucumberwere used as the control.The physical and chemical properties of soil were adjusted after 10 days of grafted cucumber seedling planting for salinity using 100 mmol·L-1mixed salts solution, and the pH adjusted to alkalinity at 9.0.The molar ratio of the mixed salt solution was NaHCO3∶Na2SO4∶NaCl∶Na2CO3= 4∶2∶2∶0.15.Soils of different treatments were sampled after 30, 40 and 50 days of seedlings planting.And PCR-DGGE technique was used to study microbial community structure and species abundance in rhizosphere soil under cucumber seedlings grafted on different rootstocks.The results indicated that band number in DGGE of saline-alkali tolerant rootstocks was significantly higher than that of saline-alkali sensitive rootstock S2 and own-root cucumber.At the same time, both Shannon-Wiener index and evenness index of rhizosphere soil bacteria of saline-alkali tolerant rootstock T1 were significantly higher than those of the two saline-alkali sensitive rootstocks and own-root cucumber.The number of copies of 16S rDNA gene of bacteria of saline-alkali tolerant rootstock T1 was significantly higher than that of saline-alkali tolerant rootstocks S2 and own-root cucumber after 50 days of growth.The number of copies of ITS gene of fungi of saline-alkali tolerant rootstock T2 was significantly higher than that of saline-alkali sensitive rootstocks and own-root cucumber after 40 days of growth.The number of copies of ITS gene of fungi of saline-alkali tolerant rootstocks was significantly higher than that of saline-alkali sensitive rootstocks, though there was no significant difference between the grafted and own-root cucumber seedlings after 50 days of growth.Cucumber seedlings grafted on different rootstocks had significant differences in both rhizosphere soil microbial community structure composition and species abundance under saline-alkali stress, which became greater with increasing stress time, and changed soil micro-environment.In saline land, saline-alkali tolerant rootstock changed soil environment, and consequently improved grafted cucumber saline-alkali tolerance.

Apr.9, 2017; accepted Jun.21, 2017

Saline-alkali stress; Grafted cucumber; Saline-alkali resistant rootstock; Soil microbial community

S642.2

A

1671-3990(2017)11-1626-10

10.13930/j.cnki.cjea.170302

白晶芝, 趙源, 吳鳳芝.鹽堿脅迫對(duì)黃瓜嫁接苗根際土壤細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)及豐度的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2017, 25(11): 1626-1635

Bai J Z, Zhao Y, Wu F Z.Effects of saline-alkali stress on structure and abundance of bacteria/fungi community in rhizosphere soil of grafted cucumber seedlings[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(11): 1626-1635

* 國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(CARS-25-08)資助

** 通訊作者: 吳鳳芝, 主要從事設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)研究。E-mail: fzwu2006@aliyun.com白晶芝, 主要從事設(shè)施園藝與蔬菜生理生態(tài)研究。E-mail: baijingzhi0921@163.com

2017-04-09 接受日期: 2017-06-21

* This study was supported by the Special Found for China Agricultural Research System (CARS-25-08).

**Corresponding author, E-mail: fzwu2006@aliyun.com