连栽障碍地杉木优良无性系土壤特性分析及酚酸鉴定

发布时间：2020-07-20 20:53

【摘要】：杉木是我国南方最重要的速生用材树种之一。长期以来的林业生产实践表明,杉木连栽会导致地力衰退,影响了杉木人工林长期生产力的发挥及林地的可持续经营。因此,如何解决因杉木连栽造成的地力衰退问题及实现杉木连栽地可持续经营,成为目前林学家急需解决的技术难题。本论文采用室内模拟生物培养方法,以课题组前期筛选出的杉木优良无性系为研究对象,以杉木1代林、连栽2代林、连栽3代林及楠木人工林土壤为培养基质,培养2年后,应用高通量测序等方法分析了杉木优良无性系根际土壤与非根际土壤的化学性质、土壤微生物碳氮、土壤酶活性、土壤微生物群落结构等土壤特性差异,并进一步应用LC-MS物质鉴定方法及iTRAQ技术分析鉴定杉木优良无性系根尖和根际土壤酚酸类物质以及与酚酸类物质代谢有关的差异蛋白,研究结果从土壤学、代谢组学以及差异蛋白组学等角度初步阐明了杉木无性系对连栽地的响应机理,从而为杉木连栽障碍的形成机理提供了更为详实的理论资料。主要研究结果如下:(1)在连栽障碍地杉木优良无性系根际和非根际土壤中,全K、全P、速效K、全C含量均在连栽2代林出现较大值,有效P含量随连栽代数增加呈上升趋势,全N含量在根际土壤和非根际土壤中变化趋势相反。速效K、有效P、全C差异达到显著水平(P0.05)。在同一林分类型土壤中,各养分含量基本为根际土壤大于非根际土壤,且养分基本达到显著差异水平。(2)在杉木无性系根际土壤和非根际土壤中,脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶及酸性磷酸酶活性总体上随着连栽代数增加呈下降趋势,多酚氧化酶酶活性呈上升趋势。连栽3代林基本与其他三种林分存在显著差异性。同一林分类型土壤中,各酶活值多表现为根际土壤大于非根际土壤,除蔗糖酶外,其他四种酶活性基本存在显著差异性。土壤化学性质与酶活性相关分析表明,全K、速效K均与多酚氧化酶呈显著正相关;有效P与蔗糖酶呈显著正相关,与过氧化氢酶呈显著负相关;全C与脲酶、过氧化氢酶达极显著正相关。(3)在连栽地杉木无性系根际土壤中,MBC、MBN、MBC/MBN值均在连栽3代林中较小,而在非根际土壤中,各指标则在连栽3代林中较大;同一林分土壤中,各指标多表现为根际土壤大于非根际土壤;且MBC和MBC/MBN指标达到显著差异水平。(4)在连栽障碍地杉木无性系土壤中,共鉴定出细菌微生物门类水平下44个类群,其中相对丰度前5类为酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和浮霉菌门。细菌群落多样性分析显示,随连栽代数增加,根际土壤细菌群落多样性逐渐降低,而在非根际土壤中,连栽3代林细菌多样性最强。在同一林分类型土壤下,杉木1代林和连栽2代林的根际土壤细菌群落多样性高于非根际土壤。在土壤细菌门分类水平上类群与环境因子RDA分析表明,有效P、MBC、速效K、蔗糖酶和过氧化氢酶五个环境因子对细菌微生物结构多样性信息显著或极显著相关(P0.05)。(5)在真菌门分类水平上共鉴定到5个类群,相对丰富大于1%的类群有子囊菌门、担子菌门和球囊菌门;在真菌群落多样性分析中,根际土壤和非根际土壤均在连栽2代林具有较丰富的群落结构;同一林分类型中,连栽2代林和连栽3代林的群落结构多样性表现为根际土壤大于非根际土壤。土壤真菌门分类水平上类群与环境因子RDA分析表明,速效K和酸性磷酸酶对真菌微生物结构多样性信息极显著相关(P0.01)。(6)连栽地杉木无性系根尖中共鉴定出8种酚酸类物质,其中儿茶素、奎尼酸和山奈酚相对含量较高。相关性分析可知:奎尼酸相对含量与酸性磷酸酶呈显著负相关;山奈酚相对含量与蔗糖酶呈显著正相关,与浮霉菌门呈显著负相关。(7)连栽地杉木无性系根际土壤中共鉴定出11种酚酸类物质,其中阿魏酸、没食子酸、咖啡酸在四个林分类型土壤中相对含量较高。相关性分析表明:咖啡酸相对含量与绿弯菌门呈极显著正相关,与酸杆菌门呈极显著负相关;阿魏酸相对含量与酸杆菌门呈极显著正相关,与绿弯菌门呈极显著负相关;没食子酸相对含量与全C呈显著负相关,与脲酶呈极显著负相关。(8)杉木无性系根尖蛋白鉴定中,蛋白基本信息数量和各个蛋白分子质量范围的蛋白质数量均为杉木1代林根尖中较多。对鉴定到的蛋白与COG数据库进行比对,发现蛋白数量最多的功能是翻译后修饰,蛋白质周转,伴侣功能。差异蛋白表达数量在不同连栽代数杉木根尖中存在差异,与杉木1代林相比,连栽2代林有141个差异蛋白,其中表达上调的有77个,表达下调的有64个;连栽3代林与杉木1代林相比存在着210个差异蛋白,表达上调和表达下调的分别有102个、108个;连栽2代林与连栽3代林存在168个差异蛋白,表达上调和表达下调的分别有77个、91个。不同连栽代数杉木根尖差异蛋白中,共得到5个与酚酸合成有关的蛋白。差异蛋白GO富集分析显示,三种林分土壤杉木根尖差异蛋白组间比较中,均主要富集在生物过程条目中的细胞过程、代谢过程、单一生物过程;细胞组分条目中的细胞、细胞组分、细胞器;分子功能条目中的催化活性、结合功能中。差异蛋白Pathway富集显示,三种林分中具有显著性的代谢通路有8条,其中与酚酸合成有关的通路为苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成代谢通路,并找到3个差异蛋白。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S791.27

【参考文献】