壳聚糖对苹果幼树根际细菌群落及其生长的影响

钱 琛,范伟国,曹 琪,杨洪强

(山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室,山东 泰安 271018)

壳聚糖(chitosan)是几丁质脱乙酰化的产物,为自然界中仅次于纤维素的第二大生物聚合物。壳聚糖有独特的多糖分子结构、良好的生物兼容性[1],其化学性质稳定,无毒无害,对环境污染小,而且自然环境中有大量甲壳素降解酶,便于壳聚糖的生物降解[2]。壳聚糖作为植物生长调节剂,可改善土壤结构,加快土壤中微生物的繁殖速度,增加土壤矿质氮、磷、钾含量[3],促进植物对养分的吸收,增加植物生物量[4-5],促进蔬菜和农作物植株的生长[6-7]。壳聚糖还能改善植株根系组成,从而提高根系的吸收和合成能力[8-9]。

根际微生物是土壤环境中最活跃的组分,在生态微循环中起重要作用,并参与众多的生物化学反应[10],如参与碳固存和养分循环等[11]。植物根系和土壤微生物之间相互作用而形成植物-微生物共生体[12],如根瘤菌、菌根真菌等。这些共生体的相互作用增加了土壤养分供应,促进植物对养分的吸收利用[13]。反过来,植物也为土壤微生物提供根系分泌物等次生物质,通过改变土壤结构和理化性质,与根际微生物共同作用降解土壤中磷酸盐等难溶性盐类,提高养分利用效率[14]。土壤微生物可增强土壤酶活性,丰富的微生物种群可促进有机化合物的分解,维护和调节物质与能量的传输、运送等过程[15]。

根际微生物群落特征与植物种类密切相关,不同植被类型的根际土壤细菌丰度有很大不同[16]。王晓娜等[17]发现,转基因苹果根际酸杆菌门、子囊菌门丰度较野生型更高,放线菌门、球囊菌门丰度则较低。苹果砧木不同,其根际生态系统有很大差异。研究发现,同为苹果砧木的平邑甜茶(Malushupehensis)根际细菌群落分子生态网络规模与复杂性明显大于M9T337砧木[18]。

果园土壤改良剂也会影响根际土壤微生物类群[19]。根施壳聚糖可改善番茄根际细菌群落结构[20]。壳聚糖富含碳源,可以促进能够分解利用壳聚糖的细菌生长,而原有细菌受到竞争抑制,在一定程度上使细菌丰富度和多样性降低[21];壳聚糖类物质还对多种病原真菌有良好抑制效果,可以有效抑制多种细菌和真菌的繁殖生长[22],可致使马铃薯和番茄真菌病原镰刀菌孢子死亡[23]。采用壳聚糖处理3种不同属植物土壤后,苗圃土壤中放线菌类的数量和菌丝体长度都有不同程度增加,其他病源微生物生长也得到抑制[24]。关于壳聚糖与苹果根际微生物的相关研究还有待深入。

笔者研究施加壳聚糖后,富士苹果幼树根系和地上部生长以及根际土壤细菌群落多样性的变化特征,为根际微生态环境的营造和养分高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年3月至2022年3月在山东农业大学南校实验站国家苹果实验中心和山东省高校果树重点实验室进行。

选用长势一致的2年生“烟富3”苹果幼树,于3月12日定植于盆中。每盆定植1株,树高定干至70 cm,茎粗1.2～1.5 cm。分别以平邑甜茶和八棱海棠(Malusrobusta)为嫁接砧木。试验用盆的盆口内直径28 cm、高30 cm,每盆装干土10 kg。试验用栽培土按照壤土、河砂、有机肥体积比为3∶1∶1配制。土壤pH值为7.11,有机质w为1.7%,碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为47.51、101.12、74.56 mg·kg-1。试验期间苹果幼树进行统一日常管理。

试验用壳聚糖为麦克林公司生产,脱乙酰度w≥95%,黏度为100～200 mPa·s。

1.2 试验设计

试验于2021年4月1日进行壳聚糖根施处理。试验设置4个壳聚糖浓度,分别为0 (CK)、20、30、50 mg·kg-1,并设置平邑甜茶和八棱海棠2种砧木,共计8个处理。壳聚糖施用时,先分别用少量的冰醋酸溶解,然后稀释加水定容至1 000 mL,分别浇施于苹果幼树根部,对照浇施等量清水。每6盆为一个处理,每个处理重复3次,试验期间所有处理管理保持一致。

处理80 d时取样进行细菌16S rRNA高通量测序,测序由上海派森诺生物科技有限公司进行。在高通量取样时测定不同砧木苹果幼树根构型参数、根活力等指标。9月测定新梢和根干重等生长指标。

1.3 试验指标测定

1.3.1土壤样品采集与测定

根际土壤取样时,用无菌铲清理盆栽表层土壤后,挖取根系并抖落大颗粒土壤,用无菌毛刷沿根系表面刷落附着的土壤,用无菌自封袋置于冰盒保存并立刻带回实验室。每盆多点取混合样,带回的土样分成2份,一部分在-80 °C冰箱保存供高通量测序使用;另一部分土样风干,供测定土壤速效养分使用。土壤有机质含量用恒温水浴法测定,碱解氮含量用碱解扩散法测定,速效磷含量用NaHCO3法测定,速效钾含量用火焰分光光度法测定[25]28-33。

1.3.2土壤细菌群落结构多样性测定

土壤总DNA用E.Z.N.A.®土壤DNA试剂盒提取,并用琼脂糖凝胶电泳检测提取DNA的纯度和浓度。选择细菌V3-V4区的16S rDNA序列进行PCR扩增,扩增引物为338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)。反应体系为:SYBR®Premix Ex Taq TM(2×) 10 μL、Forward Primer (10 μmol·L-1) 0.4 μL、Reverse Primer (10 μmol·L-1) 0.4 μL、DNA模板1 μL与ddH2O 8.2 μL,总体积20 μL。

1.3.3苹果植株生长参数测定

根构型参数采用ScanMaker i800 Plus根系扫描仪测定,采用WinRhizo根系分析软件分析根系总长度、表面积、平均直径和体积等根构型参数。新梢粗度用游标卡尺测定,长度用米尺测定。地上部和根干重用1/100电子天平称量,80 ℃干燥箱烘干至恒重。苹果幼树根系活力采用TTC法测定[25]28-33。

1.4 数据处理与分析

数据用SPSS 2.0软件进行随机单因素方差分析,采用Duncan氏新复极差法(SSR法)进行多重比较(P<0.05)。用Excel 2010软件进行数据处理和图表绘制;物种丰度图、UPGMA聚类分析图和冗余分析图均通过在线平台(https:∥www.Genescloud.cn/home)绘制;Chao1指数、Shannon指数、Pielou-e指数和ASVs丰度指数图利用Origin 2022软件绘制;差异菌属丰度图用STAMP软件绘制。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对苹果幼树生长和根构型的影响

2.1.1对生长及干物重的影响

由表1可知,根施壳聚糖明显促进了苹果幼树的生长,特别是对根系生长的影响更明显,其地上部干重、根干重、根冠比及新梢长度与粗度较对照均有不同程度提高。中、高浓度(30和50 mg·kg-1)壳聚糖对苹果幼树生长量的影响大于低浓度处理,但不同浓度对苹果生长的影响差异不明显。壳聚糖对平邑甜茶嫁接苹果幼树地上部生长的促进作用大于八棱海棠嫁接苹果幼树,而对平邑甜茶嫁接苹果幼树根系生长的促进作用小于八棱海棠嫁接苹果幼树。

表1 壳聚糖对苹果幼树干物重及新梢生长的影响

2.1.2对根构型的影响

由表2可知,不同浓度壳聚糖均增加了平邑甜茶和八棱海棠嫁接苹果幼树根系总长度、表面积、体积及根尖数,而对根系直径的影响不明显,形成了以增加根长和根尖数为特征的新根构型。根长的变化引起根总表面积和根系总体积的改变,这些改变将会影响根系对土壤养分的吸收以及根分泌,进而影响土壤微生物种群数量、种类及构成等。

表2 壳聚糖对苹果幼树根构型参数的影响

2.1.3对根活力的影响

如图1所示,壳聚糖提高了苹果幼树的根活力,中、高浓度壳聚糖处理的效果更显著;同浓度壳聚糖处理下,平邑甜茶稼接苹果幼树的根活力高于八棱海棠稼接苹果幼树。其中,壳聚糖为 30 mg·kg-1处理下,平邑甜茶和八棱海棠嫁接苹果幼树的根活力比对照分别提高17.53%、29.94%。根施壳聚糖能提高苹果幼树的主动吸收能力,而对不同砧木的影响有一定差异。

MH—平邑甜茶嫁接苹果幼树;MR—八棱海棠嫁接苹果幼树。

2.2 壳聚糖对苹果幼树根际土壤特性的影响

由表3可知,不同浓度壳聚糖对苹果幼树根际土壤pH值的影响差异不显著。壳聚糖可提高平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤有机质含量,而对八棱海棠嫁接苹果幼树的根际土壤有机质影响不明显。中、高浓度壳聚糖处理增加了苹果幼树根际土壤碱解氮、速效磷及速效钾含量,其中壳聚糖为30 mg·kg-1处理的效果最明显。

表3 壳聚糖对苹果幼树根际土壤理化性质的影响

2.3 壳聚糖对苹果幼树根际土壤细菌多样性的影响

2.3.1对OTU数的影响

由图2可知,壳聚糖处理降低了苹果幼树根际土壤细菌OTU数,但高浓度(50 mg·kg-1)处理的特有菌属相比中、低浓度(20 和30 mg·kg-1)处理增加。高浓度壳聚糖处理的平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤菌属数量相比中、低浓度处理增加,并且特有菌属数量相比对照增加,而中、低浓度处理的平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤特有菌属减少;不同浓度壳聚糖处理的八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤特有菌属相比对照均有所减少,但不同浓度处理之间差异不明显。这表明根施壳聚糖对菌群数量有一定抑制作用,但高浓度处理的特有菌群数量更加丰富。试验浓度范围内,不同浓度壳聚糖处理对平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤菌群的影响比八棱海棠嫁接苹果幼树更大,低浓度处理的抑制作用更明显,平邑甜茶砧木根际土壤细菌对壳聚糖的施用更敏感。

图中数字表示OTU数;cts0、cts20、cts30、cts50分别表示0、20、30、50 mg·kg-1壳聚糖处理。

2.3.2对α多样性的影响

如图3所示,除高浓度壳聚糖处理的平邑甜茶嫁接苹果幼树外,其余处理苹果幼树根际土壤细菌的ASVs丰度和Chao1指数均比对照明显降低。中低浓度壳聚糖处理下,平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌的Shannon和Pielou-e指数均比对照明显下降,而高浓度处理比对照明显增加。结果显示,中、低浓度壳聚糖对苹果幼树根际土壤细菌丰度和多样性有一定抑制作用,而高浓度壳聚糖对平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌多样性有一定促进作用。

MH-0、MH-20、MH-30、MH-50表示平邑甜茶嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1;MR-0、MR-20、MR-30、MR-50表示八棱海棠嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1。

总体来看,根施壳聚糖处理下,八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤细菌种群多样性和丰度的变异比平邑甜茶嫁接苹果幼树小,相对稳定;而平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌多样性和丰富度变异较大,且随壳聚糖浓度增加而明显增大(图3)。

2.3.3对β多样性的影响

图4显示,施用不同浓度壳聚糖的平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌的组内差异较小,组间差异明显。高浓度壳聚糖处理与对照差异显著,表明高浓度壳聚糖对以平邑甜茶为砧木的苹果幼树根际土壤细菌群落结构影响更大。不同浓度壳聚糖处理的八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤细菌的组内、组间差异均较大。其中,中等浓度(30 mg·kg-1)壳聚糖处理与对照有明显差异,表明中等浓度壳聚糖对以八棱海棠为砧木的苹果幼树根际土壤细菌群落结构的重构有明显影响。

cts0、cts20、cts30、cts50分别表示0、20、30、50 mg·kg-1壳聚糖处理;MH1、MH2、MH3分别表示平邑甜茶嫁接苹果幼树的3个重复样本;MR1、MR2、MR3分别表示八棱海棠嫁接苹果幼树的3个重复样本。

2.4 壳聚糖对不同砧木苹果幼树根际土壤细菌相对丰度的影响

2.4.1对优势细菌门相对丰度的影响

选择苹果幼树根际土壤细菌丰度前10的菌门构建相对丰度图(图5),占比前5的优势菌门依次为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria),以上5个菌门占细菌总量的95%以上。放线菌门是苹果幼树根际土壤细菌丰度最高的菌门,这与多地盛果期苹果(平邑甜茶嫁接)生产园的调查结果基本一致。其中,平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤放线菌门占比为64.77%～81.81%,八棱海棠嫁接苹果幼树则为39.75%～62.15%。平邑甜茶砧木的放线菌门和厚壁菌门占比高于八棱海棠砧木,而八棱海棠砧木的变形菌门、绿弯菌门及芽单胞菌门占比大于平邑甜茶砧木。

MH-0、MH-20、MH-30、MH-50表示平邑甜茶嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1;MR-0、MR-20、MR-30、MR-50表示八棱海棠嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1。

低浓度(20 mg·kg-1)壳聚糖处理提高了2种砧木苹果幼树根际土壤放线菌的相对丰度(图5)。低浓度壳聚糖处理降低了平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)及拟杆菌门(Bacteroidetes)等的相对丰度。即低浓度壳聚糖处理促使放线菌门等优势菌门增强,而菌落丰度和多样性降低。高浓度壳聚糖提高了变形菌门的相对丰度,降低了放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门等的相对丰度,对菌落丰度及多样性有一定影响。

图5显示,低浓度壳聚糖提高了八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤绿弯菌门、厚壁菌门、酸杆菌门及拟杆菌门等的相对丰度,降低了变形菌门等的相对丰度;高浓度壳聚糖提高了放线菌门、酸杆菌门等的相对丰度,降低了变形菌门、绿弯菌门、厚壁菌门等的相对丰度,对根际土壤菌落多样性变化有一定影响;中等浓度壳聚糖(30 mg·kg-1)降低了放线菌门等的相对丰度,提高了变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门等的相对丰度,因此对菌落丰度和多样性变化影响最大。不同浓度壳聚糖处理对苹果幼树根际土壤的细菌丰度有不同影响,可能与其对多种致病菌等有害菌属有抑制作用有关。

2.4.2对优势细菌属相对丰度的影响

根施壳聚糖引起了平邑甜茶和八棱海棠2种砧木苹果幼树根际土壤细菌的变化,对丰度前10的菌门、纲、属水平进行差异分析,结果见图6。高浓度壳聚糖处理对平邑甜茶和八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤细菌群落构成的影响最大,其他浓度壳聚糖处理对2种砧木根际细菌也有一定影响。其中,根施高浓度壳聚糖条件下,与八棱海棠砧木相比,平邑甜茶砧木的根际土壤诺卡菌属(Nocardioides)、海藻球菌属(Phycicoccus)、鞘氨醇单胞菌属(Lysobacter)相对丰度显著升高,酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和MND1属相对丰度明显降低。中浓度壳聚糖处理下,与八棱海棠砧木相比,平邑甜茶砧木根际土壤细菌中的类芽孢八叠球菌属(Paenisporosarcina)相对丰度明显增大,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和Subgroup_6属相对丰度显著降低(图6)。

MH-0、MH-20、MH-30、MH-50表示平邑甜茶嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1;MR-0、MR-20、MR-30、MR-50表示八棱海棠嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1。

2.4.3壳聚糖浓度对苹果幼树根际土壤细菌相对丰度的影响

对丰度前10的菌门、纲和属水平进行差异分析,高浓度壳聚糖处理的平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤中的芽孢杆菌纲(Bacill)、Subgroup_6属、类芽孢八叠球菌属(Paenisporosarcina)、拟节杆菌属(Paenarthrobacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)相对丰度明显降低,而变形菌门(Proteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、溶杆菌属(Lysobacter)和假黄色单胞菌属(Pseudoxanthomonas)相对丰度显著增大。低浓度壳聚糖处理的平邑甜茶稼接苹果幼树根际土壤中的厌氧绳菌纲(Anaerolineae)、酸微菌纲(Acidimicrobiia)及Bauldia属相对丰度比对照明显降低。中浓度处理平邑甜茶稼接苹果幼树根际土壤中的的芽孢杆菌纲(Bacilli)、类芽孢八叠球菌属(Paenisporosarcina)、假单胞菌属(Pseudomonas)、厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度明显增大;Subgroup_6属、芽单孢菌门(Gemmatimonadetes)、嗜热油菌纲(Thermoleophilia)、KD4-96、酸微菌纲(Acidimicrobiia)、Bauldia属等相对丰度则显著下降。低浓度壳聚糖处理的八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤中的δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和分枝杆菌属(Mycobacterium)相对丰度明显增大,而单胞菌门(Arenimonas)与鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度显著降低。中浓度壳聚糖处理下,与对照相比,八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤细菌δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)、噬氢菌属(Hydrogenophaga)和分枝杆菌属(Mycobacterium)相对丰度明显增大。高浓度壳聚糖处理的八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤中的δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)、MND1、噬氢菌属(Hydrogenophaga)、拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度比对照明显增大,而溶杆菌属(Lysobacter)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度明显降低(图7)。不同浓度壳聚糖改变了根际土壤细菌的群落结构,使部分特异菌属选择性富集。

MH-0、MH-20、MH-30、MH-50表示平邑甜茶嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1;MR-0、MR-20、MR-30、MR-50表示八棱海棠嫁接苹果幼树,且壳聚糖含量分别为0、20、30、50 mg·kg-1。

综上可知,壳聚糖处理的苹果幼树根际细菌种群总量和特色菌总量下降,但δ-变形菌纲明显增加。高浓度壳聚糖对变形菌门种群数量、菌属构成影响最大。不同浓度壳聚糖对不同砧木根际土壤菌群丰度、构成及多样性的影响有较大区别。中、低浓度壳聚糖对苹果幼树根际土壤细菌种群数量、特色菌数量及丰度等均有一定抑制作用,这可能与壳聚糖抑制土壤病菌菌群有关。

2.5 苹果幼树根际土壤细菌与根构型参数、根活力的RDA分析

土壤微生物种群丰度受多种因子调控,选用丰度前5的菌门与根活力、各根构型参数进行RDA分析(图8)。平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌的放线菌门丰度与根系长度呈正相关,与根系体积、根系表面积、根系平均直径呈显著负相关;而变形菌门丰度与根系表面积、根系体积、根系长度和根系活力呈显著正相关,与根尖数呈负相关。八棱海棠稼接苹果幼树根系土壤的放线菌门丰度与根系长度、根尖数呈正相关,与根系体积、根系活力、根系平均直径均呈负相关性;绿弯菌门丰度与根尖数呈负相关,与根系长度、表面积、体积、平均直径、根系活力均呈显著正相关。可见,苹果幼树根构型参数的变化及根活力与放线菌门、变形菌门及绿弯菌门等根际细菌门水平丰度的改变有显著相关性。

3 讨论

3.1 果树根际生态网络的形成及壳聚糖调控

果树根际环境中,微生物群落、果树根系及土壤环境因子三者间是一个完整的生态网络体系,其相互调控、相互影响,形成一个相对稳定的生态循环系统,必会影响果树的生长发育,施用壳聚糖等外源物质可以改变和调控这个生态微循环系统运行。根施壳聚糖增加了苹果幼树根系总长度与根尖数等关键参数,根长的变化引起根系总表面积和根系总体积发生改变,形成了以增加根长和根尖数为特征的新根构型。根构型的这些变化会使果树根系对土壤养分的吸收利用、根分泌等发生相应改变,能明显影响微生物群落的结构,不同根系形态特征对根际微生物群落的影响有一定差异[26]。相关性分析也证实这些根构型参数与放线菌门等密切相关。根构型参数的变化以及根活力的增强极大促进了苹果根系对土壤中养分的主动和被动吸收利用能力,同时也会引起根际土壤养分浓度的波动。由于土壤养分、根系分泌物等根系代谢物与微生物之间密切相关[14],土壤环境的这些变化会引起土壤微生物种群数量、种类及构成等发生适应性改变。同时,壳聚糖促进一些有益菌群的生长并抑制部分有害或致病菌群的繁殖[22-24],从而引起根际微生物种群数量、丰度及构成等改变,形成新的微生物群落结构,导致土壤相关酶活性改变,活化土壤中养分,增加土壤有效养分含量,利于根系对养分的吸收,促进植株的生长发育。试验中,根施壳聚糖的苹果幼树地上部和根系干物重明显增加,新梢加粗和加长较快,但不同砧木的响应有较大差异,总体来看对根系的影响要明显大于地上部。

根施壳聚糖对根构型的影响应该是一个中长期的调控机制,可保证根际微生物保持较长期的相对稳定,促进果树的生长发育;同时也会有一个短期的调控,主要引起根活力、根吸收速率、根酶活性等的变化,影响根系对养分的吸收。壳聚糖可以显著提高苹果根际多种土壤酶活性以及根系短期内的吸收速率[27]。试验发现,根施壳聚糖的平邑甜茶和八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤的养分含量、酶活性均有不同程度提高。

3.2 壳聚糖对苹果幼树根际土壤细菌多样性的影响

试验结果显示,苹果幼树根际细菌种群特征是以放线菌门和变形菌门为最大优势种群,放线菌门因其形态多样及生理活性丰富,能产生种类繁多的胞外酶和次生代谢产物,在生态系统中扮演着重要的角色;变形菌门中细菌物种对氮供应较为敏感,在硝化、反硝化和N2固定等氮循环中起主要作用。壳聚糖对土壤细菌群落结构有定向调控作用[20-21],促使壳聚糖分解的细菌优先生长,原有细菌生长受到抑制,从而改变细菌丰富度,降低细菌多样性[21],进而改变苹果植株根际细菌的群落结构,其他一些作物上的研究也有类似情况[20,22]。壳聚糖对不同砧木根际土壤菌群丰度、构成及多样性等影响不同,不同浓度处理间的影响也有较大区别。中、低浓度壳聚糖对苹果幼树根际土壤细菌和特色菌总量有一定程度的抑制作用,但δ-变形菌纲数量则明显增大。土壤中丰富的α-变形菌促进了土壤有机质及全氮含量的提高[28],有利于苹果根系对氮素的吸收和利用。

试验浓度范围内,高浓度壳聚糖对苹果幼树的菌群构成和细菌多样性影响最大,特别是对变形菌门的种群构成、丰度影响较大。苹果幼树砧木类型不同,对根施壳聚糖的响应也会有一定差异,可能是因为不同砧木根构型参数及养分吸收利用存在差异,导致其根际微生物种群有一定变化。土壤微生物结构多样性与土壤限制性资源氮、磷、钾及有机质密切相关[29]。高浓度壳聚糖处理的平邑甜茶砧木根际土壤诺卡菌属、海藻球菌属及鞘氨醇单胞菌属丰度较高,而八棱海棠砧木根际土壤酸杆菌门、硝化螺旋菌门、δ-变形菌纲、MND1属较丰富。MND1属于亚硝化单胞菌科,代表着包含氨氧化细菌的分类群;硝化螺旋菌属负责NO2-氧化,完整的硝化过程(NH4+→NO2-→ NO3-)可以由某些属于硝化螺旋菌属的物种完成,这使得硝化螺旋菌属成为氮循环细菌群落的关键组成部分。可见,不同菌属细菌的功能有所不同,不同植物及砧木类型的细菌群落对壳聚糖的响应也存在差异。

4 结论

根施壳聚糖可促进苹果幼树地上部生长和根构型改变,提高根活力,改变根际土壤微生物构成和多样性。高浓度(50 mg·kg-1)壳聚糖对平邑甜茶嫁接苹果幼树根际土壤细菌多样性影响最大,而30 mg·kg-1壳聚糖处理对八棱海棠嫁接苹果幼树根际土壤细菌的影响最大。