论文部分内容阅读
近年来化肥的过量施用导致我国环境污染严重、耕地质量不断下降,严重制约了我国农业的绿色可持续发展。应用豆科绿肥代替部分化肥是解决该问题的有效方法。豆科绿肥不仅可以为作物生长提供有机质,还可以与根瘤菌进行共生固氮为作物生长提供丰富的氮素。但根瘤菌具有宿主专一性,在一定程度上限制了豆科绿肥的应用,间套作的耕作方式可扩大豆科绿肥的应用范围,但需要考虑根瘤菌-豆科绿肥-非豆科作物三者间的互作关系。茶叶是多年生的植物,容易形成连作障碍,造成土壤酸化、土壤养分失衡,从而影响茶叶品质。因此,我们通过根瘤菌-豆科绿肥与茶树间套作的方式,改善茶园土壤环境,提高茶树品质。本文首先对不同生长季节豆科绿肥的根瘤菌进行了分离、收集,为后续试验提供菌株资源;在盆栽条件下,研究了根瘤菌-豆科绿肥-茶树三者的互作关系;并在茶园开展了大豆-茶树间套作对减少化学氮肥施用、茶叶生长及土壤微生物区系变化影响的研究。获得的结果如下:(1)从苕子、苜蓿、紫云英等不同季节豆科绿肥的根瘤及根系土壤中筛选出20株根瘤菌。经16S rRNA测序、分析,发现从苕子中分离的15株根瘤菌,大多属于豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum);从紫云英中分离出112、113共2株根瘤菌,属于中慢生型华癸根瘤菌(Mesorhizobium huakuii);从苜蓿中分离出101、103、104共3株根瘤菌,属于中华苜蓿根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)。通过共生固氮能力测定,选择紫云英根瘤菌Mh93,苜蓿根瘤菌104,豌豆根瘤菌Vic5和GL9作为后续试验的供试菌株。(2)以紫云英根瘤菌Mh93为研究对象,构建Mh93-nodA翻译融合表达的检测菌株,按极性差异初步纯化茶树根系分泌物后,将不同组份对检测菌株进行诱导,并采用盆栽实验观察豆科绿肥-茶树的生长情况。结果表明,茶树根系分泌物中的石油醚相和氯仿相粗提物可以促进根瘤菌Mh93结瘤基因的表达;盆栽实验中,间作条件下各植株长势及豆科植物的固氮能力都优于单作条件。为今后选择合适的根瘤菌-豆科绿肥-非豆科作物的间作体系提供了思路。(3)在茶园中选择根瘤菌-大豆-茶叶的间作体系进行研究,以单作茶叶为对照。实验过程中不施用化学氮肥,并采集不同时期的土壤样品测定全氮、有机质、土壤p H和土壤微生物组学。结果表明开花期翻压大豆后土壤全氮为0.4476 g/kg,土壤有机质为37.5 g/kg,基本与种植前土壤中全氮、有机质的初始含量(0.4925 g/kg、37.9 g/kg)相同,高于单作处理,说明间作大豆可以补充植物生长过程中消耗的氮素和有机质;翻压大豆后茶园土壤pH值与单作处理比提高了 0.1,缓解了土壤的酸化;翻压大豆后土壤微生物群落丰富度和多样性提高,并且蓝细菌门(Cyanobacteria)、硝化螺旋菌属(Nitrospirae)、芽孢杆菌属(Bacillus)等参与氮素循环和有机质分解的微生物类群占比有所提高,与土壤pH相关的微生物酸杆菌门(Acidobacteria)占比降低。对茶叶中咖啡碱与茶多酚的含量进行检测,结果表明间作条件下茶叶中咖啡碱和茶多酚含量均低于单作的茶叶,说明间作大豆也有助于茶叶品质的提高。综合以上结果可知,通过非豆科植物根系分泌物对根瘤菌nod结瘤基因表达的影响可以初步判断根瘤菌-豆科绿肥-非豆科植物三者间互作关系,为筛选合适的根瘤菌-豆科绿肥-非豆科作物的间套作体系提供方法。根瘤菌-豆科绿肥与茶树间套作,可以增加茶园土壤有机质和全氮含量,丰富土壤微生物种群多样性,提高土壤pH值,为茶树生长提供良好的土壤环境,且豆科绿肥在开花期翻压还田的效果最优,初步达到在茶园减少化学氮肥施用的效果。