連栽障礙地杉木優(yōu)良無性系土壤特性分析及酚酸鑒定.pdf

1、杉木是我國南方最重要的速生用材樹種之一。長期以來的林業(yè)生產(chǎn)實踐表明，杉木連栽會導致地力衰退，影響了杉木人工林長期生產(chǎn)力的發(fā)揮及林地的可持續(xù)經(jīng)營。因此，如何解決因杉木連栽造成的地力衰退問題及實現(xiàn)杉木連栽地可持續(xù)經(jīng)營，成為目前林學家急需解決的技術(shù)難題。本論文采用室內(nèi)模擬生物培養(yǎng)方法，以課題組前期篩選出的杉木優(yōu)良無性系為研究對象，以杉木1代林、連栽2代林、連栽3代林及楠木人工林土壤為培養(yǎng)基質(zhì)，培養(yǎng)2年后，應(yīng)用高通量測序等方法分析了杉木優(yōu)良無性

2、系根際土壤與非根際土壤的化學性質(zhì)、土壤微生物碳氮、土壤酶活性、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等土壤特性差異，并進一步應(yīng)用LC-MS物質(zhì)鑒定方法及iTRAQ技術(shù)分析鑒定杉木優(yōu)良無性系根尖和根際土壤酚酸類物質(zhì)以及與酚酸類物質(zhì)代謝有關(guān)的差異蛋白，研究結(jié)果從土壤學、代謝組學以及差異蛋白組學等角度初步闡明了杉木無性系對連栽地的響應(yīng)機理，從而為杉木連栽障礙的形成機理提供了更為詳實的理論資料。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在連栽障礙地杉木優(yōu)良無性系根際和非根

3、際土壤中，全K、全P、速效K、全C含量均在連栽2代林出現(xiàn)較大值，有效P含量隨連栽代數(shù)增加呈上升趨勢，全N含量在根際土壤和非根際土壤中變化趨勢相反。速效K、有效P、全C差異達到顯著水平（P＜0.05）。在同一林分類型土壤中，各養(yǎng)分含量基本為根際土壤大于非根際土壤，且養(yǎng)分基本達到顯著差異水平。⑵在杉木無性系根際土壤和非根際土壤中，脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶及酸性磷酸酶活性總體上隨著連栽代數(shù)增加呈下降趨勢，多酚氧化酶酶活性呈上升趨勢。連栽3代林

4、基本與其他三種林分存在顯著差異性。同一林分類型土壤中，各酶活值多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤，除蔗糖酶外，其他四種酶活性基本存在顯著差異性。土壤化學性質(zhì)與酶活性相關(guān)分析表明，全K、速效K均與多酚氧化酶呈顯著正相關(guān)；有效P與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)，與過氧化氫酶呈顯著負相關(guān)；全C與脲酶、過氧化氫酶達極顯著正相關(guān)。⑶在連栽地杉木無性系根際土壤中，MBC、MBN、MBC/MBN值均在連栽3代林中較小，而在非根際土壤中，各指標則在連栽3代林中較大；同

5、一林分土壤中，各指標多表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤；且MBC和MBC/MBN指標達到顯著差異水平。⑷在連栽障礙地杉木無性系土壤中，共鑒定出細菌微生物門類水平下44個類群，其中相對豐度前5類為酸桿菌門、變形菌門、放線菌門、綠彎菌門和浮霉菌門。細菌群落多樣性分析顯示，隨連栽代數(shù)增加，根際土壤細菌群落多樣性逐漸降低，而在非根際土壤中，連栽3代林細菌多樣性最強。在同一林分類型土壤下，杉木1代林和連栽2代林的根際土壤細菌群落多樣性高于非根際土壤。

6、在土壤細菌門分類水平上類群與環(huán)境因子RDA分析表明，有效P、MBC、速效K、蔗糖酶和過氧化氫酶五個環(huán)境因子對細菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息顯著或極顯著相關(guān)。⑸在真菌門分類水平上共鑒定到5個類群，相對豐富大于1％的類群有子囊菌門、擔子菌門和球囊菌門；在真菌群落多樣性分析中，根際土壤和非根際土壤均在連栽2代林具有較豐富的群落結(jié)構(gòu)；同一林分類型中，連栽2代林和連栽3代林的群落結(jié)構(gòu)多樣性表現(xiàn)為根際土壤大于非根際土壤。土壤真菌門分類水平上類群與環(huán)境因子

7、RDA分析表明，速效K和酸性磷酸酶對真菌微生物結(jié)構(gòu)多樣性信息極顯著相關(guān)。⑹連栽地杉木無性系根尖中共鑒定出8種酚酸類物質(zhì)，其中兒茶素、奎尼酸和山奈酚相對含量較高。相關(guān)性分析可知：奎尼酸相對含量與酸性磷酸酶呈顯著負相關(guān)；山奈酚相對含量與蔗糖酶呈顯著正相關(guān)，與浮霉菌門呈顯著負相關(guān)。⑺連栽地杉木無性系根際土壤中共鑒定出11種酚酸類物質(zhì)，其中阿魏酸、沒食子酸、咖啡酸在四個林分類型土壤中相對含量較高。相關(guān)性分析表明：咖啡酸相對含量與綠彎菌門呈極顯著

8、正相關(guān)，與酸桿菌門呈極顯著負相關(guān)；阿魏酸相對含量與酸桿菌門呈極顯著正相關(guān)，與綠彎菌門呈極顯著負相關(guān)；沒食子酸相對含量與全C呈顯著負相關(guān)，與脲酶呈極顯著負相關(guān)。⑻杉木無性系根尖蛋白鑒定中，蛋白基本信息數(shù)量和各個蛋白分子質(zhì)量范圍的蛋白質(zhì)數(shù)量均為杉木1代林根尖中較多。對鑒定到的蛋白與COG數(shù)據(jù)庫進行比對，發(fā)現(xiàn)蛋白數(shù)量最多的功能是翻譯后修飾，蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，伴侶功能。差異蛋白表達數(shù)量在不同連栽代數(shù)杉木根尖中存在差異，與杉木1代林相比，連栽2代林有1

9、41個差異蛋白，其中表達上調(diào)的有77個，表達下調(diào)的有64個；連栽3代林與杉木1代林相比存在著210個差異蛋白，表達上調(diào)和表達下調(diào)的分別有102個、108個；連栽2代林與連栽3代林存在168個差異蛋白，表達上調(diào)和表達下調(diào)的分別有77個、91個。不同連栽代數(shù)杉木根尖差異蛋白中，共得到5個與酚酸合成有關(guān)的蛋白。差異蛋白GO富集分析顯示，三種林分土壤杉木根尖差異蛋白組間比較中，均主要富集在生物過程條目中的細胞過程、代謝過程、單一生物過程；細胞組