关键词:
长期试验
秸秆还田
纤维素降解真菌
高通量测序
转录组测序
头被孢霉
单列毛壳菌
摘要:
秸秆还田是秸秆资源化利用的主要渠道,该措施在黄淮海地区得到推广与重视,成为农田土壤培肥、粮食增产的重要措施。秸秆还田后能否快速有效地降解直接影响着土壤的养分循环和作物生长,如何加快还田秸秆的降解是农业生产实践过程中面临的重要问题之一。真菌是纤维素降解的主要贡献者,因此秸秆降解真菌的筛选与开发利用工作尤为重要。农业生态系统受多种因素的影响,相同的农业措施在不同的年份出现的结果往往不大一致,这一特性决定了长期试验在农业研究中具有较好的重现和较大的权威性。本研究基于长期试验,调查不同施肥措施下土壤物理化性状和生物性状的变化以及土壤真菌群落结构差异,探究长期施肥处理下对土壤性质与真菌群落结构的关联。结果显示,配施化肥条件下,长期有机添加和秸秆还田均显著提高土壤肥力。高通量测序结果显示,长期秸秆还田重塑了土壤真菌群落结构,特别是毛壳属(Chaetomium)、木霉属(Trichoderma)、青霉属(Penicillium)等有益真菌的丰度显著增加。经过长期重复性定位试验,农田土壤具有真菌群落结构被很好地驯化并趋于稳定。因此,对长期秸秆还田刺激的有益真菌进行分离筛选具有重要的应用潜力。采用稀释涂平板法利用羧甲基纤维素培养基(CAM),对秸秆还田土壤中秸秆降解真菌进行筛选、分离和鉴定。在分子生物学鉴定的基础上,采用刚果红染色–CAM培养基对所分离真菌的纤维素降解能力进行评价。结果表明,筛选得到64株秸优势秆降解真菌全部来自子囊菌门,分布于丛赤壳科(Nectriaceae)、曲霉科(Aspergillaceae)、发菌科(Trichocomaceae)、肉座菌科(Hypocreaceae)、毛壳菌科(Chaetomiaceae)、格孢菌科(Pleosporineae)和Sarocladiaceae共7个科,11个属。纤维素降解能力评价结果显示纤维素快速降解真菌19株,纤维素中速降解真菌14株,慢速纤维素降解真菌12株。其中,快速纤维素降解真菌主要来自于毛壳属(Chaetomium)、木霉(Trichoderma)、青霉属(Penicillium)、镰刀属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)和篮状菌属(Talaromyces)。依据所筛选真菌的纤维素降解能力及其在长期施肥处理中丰度变化情况,选取两株真菌头被孢霉(Mortierella capitata)和单列毛壳菌(Chaetomium uniseriatum)进行盆栽实验,重点研究腐生真菌对土壤养分转化和作物生长的影响。发现以下规律:(1)接种头被孢霉显著促进土壤有效磷含量增加。(2)头被孢霉可通过上调初级代谢相关基因的表达直接促进作物生长,同时通过优化根际细菌群落结构、增加球囊霉科(Glomeraceae)真菌的丰度间接刺激作物生长。(3)单列毛壳菌可显著提高秸秆降解率,促进其养分释放。(4)单列毛壳菌会刺激玉米根系激素应答相关基因的表达量上调来促进作物生长。