基于传统和高通量测序技术研究地膜对辣椒土壤特性及微生物多样性的影响

摘要

以不同类型地膜覆盖条件下辣椒菜园土壤为研究对象，运用传统和高通量测序技术，研究南方地区不同类型地膜覆盖对辣椒菜园土壤理化、生物学性状和微生物多样性的影响。结果表明:
　　(1)南方地区蔬菜生产中利用不同类型地膜，尤其以聚乙烯为原料的白色透明地膜、黑色地膜和银色地膜不仅有助于提高辣椒耕作层土壤温度与含水量，而且对减缓土壤pH的下降具有显著效果。
　　(2)与对照（无地膜覆盖）相比，不同类型地膜覆盖使土壤中可培养微生物（细菌，放线菌）数量显著增加，真菌数量显著减少;同时，不同类型地膜覆盖亦显著提高土壤中涉及碳、氮、磷循环相关酶活性和微生物生物量(C、N、P)。另一方面，不同类型地膜覆盖还显著提高辣椒根系总根长、总根表面积、总根体积和根尖数等生长指标。
　　(3)基于高通量测序技术分析发现:基于细菌门分类水平，不同类型地膜覆盖条件下土壤细菌的优势菌群表现为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）细菌。其中以变形菌门（Proteobacteria）细菌的丰度最高;
　　(4)属分类水平，不可培养细菌属、黄杆菌属(Flavobacterium)、溶杆菌属（Lysobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、H16（Ralstonia eutropha）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）细菌是南方地区不同类型地膜覆盖土壤中的优势菌属。其中，黄杆菌属(Flavobacterium)细菌的丰度在不同类型地膜覆盖处理土壤中显著大于CK，而且以M4（银色地膜）处理土壤中黄杆菌属（Flavobacterium）细菌所占的相对丰度为最高。
　　(5)土壤真菌基于门分类水平上的组成和相对丰度最高的依次为接合菌门（Zygomycota）、子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、球囊菌门（Glomeromycota）以及壶菌门（Chytridimycota）。其中，白色地膜覆盖土壤中接合菌门（Zygomycota）丰度最高，子囊菌门(Ascomycota)丰度最低，而在CK土壤中担子菌门（Basidiomycota）的丰度显著大于其他类型地膜处理。
　　(6)在属分类水平下，不同类型地膜覆盖土壤真菌的优势菌群主要为:被孢霉属（Mortierella）、锥盖伞属（Conocybe）、小脆柄菇属(Psathyrella)、腐质霉属（Humicola）、枝孢菌属（Cladosporium）、等。其中:与无地膜覆盖(CK)相比，不同类型地膜覆盖下土壤的被孢霉属（Mortierella）的丰度比例均有所提高，而白色地膜(M3)覆盖下的丰度含量比例最高。此外，无地膜覆盖(M1)下的土壤中锥盖伞属（Conocybe）、小脆柄菇属（Psathyrella）以及刺孢壳属（Chaetomella）丰度与其他不同类型地膜覆盖下的土壤相比，丰度比例有显著的提高。
　　(7)基于高通量测序技术可以定量比较整个群落组成和多样性的相对差异，分析结果表明:与CK相比，不同类型地膜覆盖下土壤细菌的Chao1指数、Shannon指数以及真菌的Chao1指数和ACE指数等多样性指数均高于CK。
　　综上所述:不同类型地膜覆盖不仅有效减缓土壤酸化、提高耕作层土温、促进辣椒根系生长，而且有助于提高土壤微生物多样性指数，并有利于溶杆菌属和芽孢杆菌属等部分具有促生功能细菌的积聚。表明南方地区蔬菜生产中利用地膜不仅没有导致辣椒土壤质量劣化，而且有助于提高土壤肥力和保持土壤健康。

目录

声明

摘要

符号与缩写说明

1 前言

1．2 国内外研究进展

1．2．1 我国辣椒种植现状

1．2．2 地面覆盖研究进展

1．2．3 我国地膜覆盖现状

1．2．4 覆盖条件下对土壤微生物影响的研究

1．3 土壤微生物多样性研究方法进展

1．3．1 以PCR为基础的现代分子生物学方法

1．3．2 16S核糖体RNA基因序列分析方法

1．3．3 DNA扩增片段电泳检测技术(DGGE，TGGE)

1．3．4 高通量测序技术

1．4 选题的研究意义与目的

2 材料与方法

2．4．1 研究的样品采集

2．4．2 根系形态分析

2．4．3 土壤温度测定

2．4．4 土壤理化性状分析

2．4．5 土壤生物学性状分析

2．4．6 基于高通量测序的方法分析微生物多样性

3 结果与分析

3．1 地膜覆盖对土壤温度的影响

3．2 不同类型地膜覆盖对辣椒根系生长的影响

3．3 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤理化性质以及生物学特性的影响

3．3．1 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤理化性质

3．3．2 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤可培养微生物数量的影响

3．3．3 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤中涉及碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

3．3．4 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤微生物生物量的影响

3．4 基于高通量测序技术分析不同类型地膜覆盖对辣椒土壤细菌多样性的影响

3．4．1 稀释性曲线(Rarefaction Curve)

3．4．2 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤细菌多样性的影响

3．4．2 不同类型地膜覆盖条件辣椒土壤细菌类群的相关分析

3．4．4 不同类型地膜覆盖辣椒土壤细菌类群特征

3．4．5 样品热图分析

3．5 基于高通量测序技术分析不同类型地膜对辣椒园土壤真菌多样性的影响

3．5．1 稀释性曲线(Rarefaction Curve)

3．5．2 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤真菌多样性的影响

3．5．3 不同类型地膜覆盖条件辣椒土壤真菌类群的相关分析

3．5．4 不同类型地膜覆盖辣椒土壤真菌类群特征

3．5．5 样品热图分析

4 讨论

4．1 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤温度的影响

4．2 不同类型地膜覆盖对辣椒根系生长的影响

4．3 不同类型地膜覆盖对辣椒土壤理化性质和生物学特性的的影响

4．4 基于高通量测序技术分析不同类型地膜覆盖对辣椒土壤细菌多样性的影响

4．5 基于高通量测序技术分析不同类型地膜覆盖对辣椒土壤真菌多样性的影响

5 全文结论与问题展望

5．1 全文结论

5．2 问题与展望

5．2．1 存在问题

5．2．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录