施氮水平对栽培稻和长雄野生稻生长及根部内生细菌群落结构的影响

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:angelcaoxian
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水稻是我国重要的经济作物之一,如何减少氮肥用量,提高水稻氮利用率成为农业生产中急需解决的问题。野生稻作为栽培稻的近缘物种,具有多种优良性状,如氮利用率高、抗逆性强。野生稻具有丰富的根部内生细菌,在植物生长、固氮等方面发挥重要作用。了解不同施氮水平下栽培稻和野生稻生长特性和根部内生细菌群落结构的变化,有助于全面认识水稻和根内生菌对施氮的响应,进而为合理施肥提供依据。本研究以长雄野生稻144(Oryza longistaminata 1 44)和栽培稻9311(籼稻9311,Oryza sativa ssp.Indica 9311)为研究对象,在零氮(ON,0 kg/ha)、低氮(LN,60 kg/ha)、中氮(SN,120 kg/ha)、高氮(HN,240 kg/ha)四个施肥条件下,分析了分蘖期和抽穗期两种水稻的生长特性、光合作用、土壤理化性质以及根部内生细菌群落结构的变化。研究结果如下:1.施氮显著影响栽培稻9311和长雄野生稻144的生长特性。在分蘖期,栽培稻9311和长雄野生稻144在施氮后叶宽和分蘖数显著升高(P<0.05),但施氮处理组间无显著的线性相关性。在抽穗期,栽培稻9311和长雄野生稻144的叶宽和分蘖数随着氮浓度的增加显著升高(P<0.05),并在SN下达到最高值。2.施氮显著影响栽培稻9311和长雄野生稻144的光合作用。在分蘖期,栽培稻9311的净光合数率(Pn)和气孔导度(Gs)均随氮浓度增加而显著增加(P<0.05),在SN处理下达到最高值,继续提高氮浓度对其具有明显抑制作用(P<0.05)。长雄野生稻144的净光合数率(Pn)和气孔导度(Gs)均随氮浓度增加而显著增加(P<0.05),在SN处理下达到最高值,继续提高氮浓度对其光合作用没有明显抑制作用。在抽穗期,栽培稻9311的净光合速率和气孔导度的变化与分蘖期相同。长雄野生稻144的净光合速率和气孔导度均和施氮浓度呈正比,在SN和HN下达到最高值。两种水稻的叶绿素含量随施氮浓度增加显著增加(P<0.05)。结果表明,施氮显著提高栽培稻9311和长雄野生稻144的光合作用,在HN下前者的光合作用受到抑制,而后者能较好地适应HN环境。3.施氮影响栽培稻9311和长雄野生稻144根部内生细菌群落结构的组成。在门分类水平上,栽培稻9311和长雄野生稻144的优势菌均为Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria。在科分类水平上,栽培稻 9311 的优势菌为 Geobacteraceae、Holophagaceae、Rhodocyclaceae、Bradyrhizobiaceae,相对丰度随氮肥浓度的升高而增加(P<0.05)。长雄野生稻144的优势细菌为Rhizobium、Holophagaceae、Geobacteraceae、Bradyrhizobiaceae,施氮处理下根部优势菌群的相对丰度显著高于ON处理组(P<0.05)。在科水平上,长雄野生稻144根部优势细菌中固氮菌的相对丰度显著高于栽培稻9311(P<0.05),其中Bradyrhizobium显著升高(P<0.05)。在四个氮肥浓度处理下,长雄野生稻144的Alpha多样性均显著高于栽培稻9311(P<0.05),并且biomarker分析表明固氮菌Rhizobiale在长雄野生稻144根内显著富集。4.水稻根际土壤理化性质与根部内生细菌群落结构密切相关。栽培稻9311根际土壤的有机质(SOC)、总钾(TK)和总氮(TN)与微生物群落分布相关性最大。SOC与0N和LN的微生物群落分布呈正相关(P<0.05),与SN和HN的微生物群落分布呈负相关(P<0.05),其中SOC与Rhodanobacter和Desulfosporosinus显著相关(P<0.001)。长雄野生稻144根际土壤的总磷(TP)、硝态氮(NO3-)和pH与微生物群落分布相关性最大(P<0.05)。TP和N03-与ON和LN的微生物群落分布呈正相关,与SN和HN的微生物群落分布呈负相关(P<0.05)。pH与0N的微生物群落分布呈负相关,与LN、SN和HN的微生物群落分布呈正相关(P<0.05)。其中TP与Desulfovibrio、Candidatus、Solibacter、Candidatus和Koribacter显著相关(P<0.001),pH与Spirochaeta显著相关(P<0.001)。综上所述,栽培稻9311和长雄野生稻144的生长发育对施氮浓度适应性不同。栽培稻9311最佳施肥量为SN(120 kg/ha),而长雄野生稻144最佳施肥量为HN(240kg/ha)。长雄野生稻144与栽培稻9311根部内生细菌群落结构、多样性和丰度存在显著差异,并且长雄野生稻144根内富集更多的固氮菌。本研究揭示野生稻的氮适应性优势不仅仅体现在生长发育和光合作用上,更要关注根部微生物和土壤间的复杂变化。
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