黄河三角洲滨海盐渍土耐盐解磷真菌的筛选和应用

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黄河三角洲盐渍土属典型滨海盐渍土,是我国陆域和全球土地资源自我更新最迅速的地区,也是我国重要的后备耕地资源,开发利用潜力很大。该区由于不断地发生水盐运动,导致土壤盐渍化,主要表现为土壤结构差、易板结等。盐渍土壤中的磷素常被钙固定,导致其生物化学有效性低,改良难度大。解磷真菌能够增加土壤有效态磷的供给,改善植物根际微生物环境,调节植物生长激素的代谢等。目前关于黄河三角洲滨海盐渍土土壤有效态磷与土壤盐分关联尚不清晰,耐盐解磷真菌的种类及耐盐促生机制尚不明确,需要开展深入研究。因此本文依托黄河三角洲中国科学院地理研究院山东基地试验站,基于ITS基因测序技术、稀释涂布平板筛菌和盆栽试验等方法,开展了以下几方面的研究内容:(1)解析不同盐浓度环境下土壤养分、小麦生长以及微生物群落的变化特征;(2)寻找不同盐浓度下植株生物量与土壤养分和微生物群落变化的关联;(3)筛选鉴定关键的耐盐解磷真菌;(4)探讨耐盐解磷真菌对盐渍土小麦生长、土壤养分活化以及根际微生物群落的影响。主要研究结果如下:(1)通过分析黄河三角洲中国科学院地理研究院山东基地实验站的低盐胁迫(LS)、中盐胁迫(MS)和高盐胁迫(HS)三个处理下的作物生物量、土壤生理生化性质以及微生物群落,明确不同盐胁迫对作物生长、土壤生理生化性质和微生物群落结构产生的影响。在低盐胁迫下小麦植株生物量是高盐胁迫下的2.64倍,叶片中Na+/K+的比值是高盐胁迫的1/4,土壤速效磷含量是高盐胁迫的2.20倍,且土壤速效磷养分的变化与土壤盐分变化呈显著的负相关(P<0.01)。高盐胁迫中碱性磷酸酶活性相比于低盐胁迫降低了15.84%,土壤碳磷比(C:P)和氮磷比(N:P)相比于低盐胁迫分别提高了13.34%和17.32%;其次土壤根际真菌群落结构在不同盐胁迫下发生明显的差异,在属水平上,中高盐胁迫中相对丰度最高的是白粉菌属(Blumeria),低盐胁迫中相对丰度最高的是被孢霉属(Mortierella)。(2)通过CCA和Mantel分析真菌群落与土壤理化指标之间的相关性,发现真菌群落的变化主要与土壤速效磷(Available phosphorous,AP)和全磷(Total phosphorus,TP)相关,且达到显著水平(P<0.01);其次通过构建结构方程模型发现,土壤全盐含量(Total salt content,TS)变化导致AP的负向变化,AP进一步正向影响了土壤真菌群落组成和被孢霉属的变化,继而正向影响植株生物量(P<0.05)。(3)采用稀释涂布平板法从盐渍土中分离真菌菌株,共分离出可培养耐盐真菌8株,后续通过无机磷培养基进行解磷真菌的筛选,最终筛选得到目标菌株4株,将分离得到的菌株进行测序并与基因库(Gen Bank)中的序列进行比较,经鉴定S9为高山被孢霉(Mortierella alpina),P8为哈茨木霉(Trichoderma harzianum),155为黄篮状菌(Talaromyces flavus),S5为草酸青霉(Penicillium oxalicum)。(4)通过盆栽试验设置五个处理:接种无菌菌剂(CK)、接种高山被孢霉菌剂(S9)、接种哈茨木霉菌剂(P8)、接种黄篮状菌剂(155)和接种草酸青霉菌剂(S5),供试土壤为盐渍农田土壤,测定土壤养分、小麦生物量和生长激素以及根际真菌群落结构。结果显示,接种S9、S5、155和P8相比于CK使土壤含盐量分别降低了11.56%、30.17%、40.06%和17.76%,土壤速效磷含量分别显著提升了12.11%、8.97%、12.68%和10.85%;土壤N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶活性分别显著提高了72.06%、86.77%、72.53%和94.59%;土壤碱性磷酸酶活性分别显著提高了58.04%、72.92%、30.66%和36.84%;接种S9、S5、155和P8相比于CK使小麦植株生物量干重分别升高了57.28%、70.74%、12.21%和11.74%;脱落酸含量分别提升了24.75%、21.95%、5.30%和24.59%;接种S9、S5、155和P8后显著改变了真菌群落,其中丰度发生富集的OTUs中Chrysosporium(金孢子菌属)和Preussia(光黑壳属)能促进植株分泌更多的生长激素,在促进植物生长方面发挥显著作用,丰度减少的真菌主要为Blumeria(白粉菌属)。4种解磷真菌的施入不仅能降低土壤盐分,活化土壤养分,增强植株的抗逆性,并对植株的白粉病有一定的抑制作用。综上,本研究通过大田调查试验得出黄河三角洲滨海盐渍土壤磷的活化利用随着盐浓度的增大逐渐受限。当盐浓度降低时,具有一定解磷特性的菌属(被孢霉属)逐渐成为优势物种。后续通过解磷真菌的筛选与盆栽验证实验初探解磷真菌对盐渍土的改良机制,成功制备微生物菌剂,有效促进植株生长和土壤养分活化,对滨海盐渍土微生物改良提供一定的理论依据和技术支撑。
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