论文部分内容阅读
地表臭氧(O3)浓度持续升高,已成为全球作物生产和食品安全的主要威胁。小麦作为我国主要粮食作物,较其它农作物对O3更敏感。Ethylenediurea(EDU),中文名称为乙二脲,是现阶段缓解臭氧胁迫的一个主要的有效化学物质,但是其作用机制还未阐明清楚。植物相关微生物组在植物适应各种生物胁迫、非生物胁迫、维持植物健康等方面有着不容忽视的作用。本研究在O3污染严重的长三角地区,依托课题组构建的O3熏蒸平台,以农麦88作为供试植物,采用环境O3浓度(浓度约为40.9 ppb·h-1,AO3)和1.5倍环境O3浓度(浓度约为59.9±2.5 ppb·h-1,EO3)两个O3浓度进行熏蒸处理,并于不同生育期对小麦叶面喷施450ppm的EDU,同时喷施等量水作为对照(CK)。在小麦灌浆期进行采样,分析O3对小麦的叶际与叶内、根际土细菌群落结构进行解析;并结合小麦根际土壤理化性质(土壤p H、土壤全氮、速效钾、有效磷和有机质含量)、小麦株高与地下生物量以及小麦叶片与根系营养元素含量(N、P、K、C)的变化来解析小麦微生物组群落变化的驱动机制。研究结果将进一步丰富EDU缓解O3胁迫的微生物学作用机制。具体结果如下:(1)O3浓度升高使小麦株高显著降低了低9.4%。EO3处理下喷施EDU使小麦的株高显著提高了10%。O3和EDU的交互作用对臭氧胁迫小麦的根系生物量没有显著影响;(2)O3浓度升高使小麦根系和叶片中的N、P、K元素含量均有降低。EO3处理下喷施EDU使小麦的叶片N、P、K含量分别比CK处理增高了4.2%、55.6%和67.9%。在小麦根系中,EO3处理下喷施EDU使N含量显著增高了15.1%。O3浓度增高使小麦根际土中速效钾和有效磷的含量分别降低了14.2%和11.3%,土壤全氮和有机碳含量分别增高了4.6%和2.8%。EO3处理下喷施EDU使土壤全氮和有效磷含量分别显著提高了5.4%和48.8%;(3)O3胁迫使小麦根系分泌物减少了显著差异代谢物的种类,差异代谢物参与了半胱氨酸和蛋氨酸代谢、氨基酸的生物合成等代谢通路。O3浓度升高下施用EDU与环境O3浓度下CK处理相比,小麦根系分泌物具有更丰富的代谢物种类,差异代谢物参与了硫代谢、次级代谢产物的生物合成、类固醇生物合成等多种代谢通路;(4)O3浓度升高使小麦叶际与叶内细菌群落结构丰富度Chao1指数显著提高了6.6%和4.4%。EO3处理下喷施EDU使小麦叶际与叶内的Chao1指数显著增高,O3和EDU处理间的交互作用也对小麦叶际与叶内细菌群落结构丰富度Chao1指数有显著影响。叶际与叶内细菌群落Chao1指数与小麦叶片N含量成显著的负相关;(5)Proteobacteria是小麦叶际和叶内的优势菌门,丰度达到67%-96%。O3浓度升高使叶际Proteobacteria的相对丰度提高了3.8%,叶内Proteobacteria的相对丰度显著降低了28.1%。EO3处理下喷施EDU使叶际Proteobacteria相对丰度显著降低了10.2%,叶内Proteobacteria的相对丰度显著提高了24.3%。Pseudomonas和Pantoea是小麦叶际与叶内的最优势属,O3浓度升高降低了叶际与叶内Pseudomonas的相对丰度,分别降低了45.2%和72.1%。EO3处理下喷施EDU使叶内Pseudomonas的相对丰度提高了55%。O3浓度升高使叶际Pantoea的相对丰度显著增高了82.4%,叶内Pantoea的相对丰度降低了48.1%,EO3处理下喷施EDU使叶际Pantoea的相对丰度降低了24.5%,叶内Pantoea的相对丰度增高了29.8%。且叶片中的N、P含量与叶际和叶内的优势菌属Pseudomonas、Pantoea的相对丰度成显著的正相关(r=0.609~0.783,P<0.05);(6)Proteobacteria和Bacteroides是根际土壤细菌微生物群落的最优势菌门,O3浓度升高使Proteobacteria的相对丰度降低了6.1%,Bacteroides相对丰度增高了5%。EO3处理下喷施EDU使Proteobacteria相对丰度增高了5%,Bacteroides相对丰度显著降低了11%,且O3处理和EDU处理对Bacteroides有显著影响。在属水平上,ADurb.Bin063-1为小麦根际土壤优势菌属,相对丰度在2%-5%。O3浓度升高使ADurb.Bin063-1的相对丰度提高了5%,EO3处理下喷施EDU使ADurb.Bin063-1的相对丰度提高了11.1%。O3处理和EDU处理以及两个处理间的交互作用均对ADurb.Bin063-1的相对丰度有显著影响。根系中的N含量与根际土壤优势菌门Myxococcota、Desulfobacterota、Nitrospirota和优势属BIrii41的相对丰度成显著的正相关(r=0.580~0.706,P<0.05),根系中的K含量和根际土壤中的速效钾含量与根际土壤中优势菌门Chloroflexi、Desulfobacterota、Nitrospirota和优势属BIrii41、MND1、Sphingomonas的相对丰度成显著的负相关(r=-0.580~-0.797,P<0.05)。