园艺学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (11): 2453-2465.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2022-0965
潘纪源1,*, 董庆龙2,*, 温海彬1, 刘亚南1, 王晓洁1, 张雪梅2, 刘文菊3, 陆秀君1,**()
收稿日期:
2023-05-16
修回日期:
2023-08-22
出版日期:
2023-11-25
发布日期:
2023-11-28
通讯作者:
作者简介:
* 共同第一作者
基金资助:
PAN Jiyuan1,*, DONG Qinglong2,*, WEN Haibin1, LIU Yanan1, WANG Xiaojie1, ZHANG Xuemei2, LIU Wenju3, LU Xiujun1,**()
Received:
2023-05-16
Revised:
2023-08-22
Published:
2023-11-25
Online:
2023-11-28
Contact:
摘要:
以树龄16年‘红富士’苹果(Malus × domestica)为试材,研究巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)菌剂处理对新梢生长、果实产量和品质以及土壤微生物数量、微生物群落结构和土壤养分的影响。结果表明,与对照相比,2021、2022连续两年苹果树春季施用巨大芽孢杆菌菌剂,30 d内新梢增长率分别提高了3.45%和17.01%,60 d内新梢增长率分别提高了2.58%和6.71%;产量分别增长了7.17%和7.01%;而对果形指数、硬度、可溶性糖含量、可溶性固形物和维生素C含量等指标均无显著影响。2021年处理组单株果实数量增加4.95%。2022年处理组的果实着色相关指标红绿色度a*低于对照,色度角h高于对照,而2021年无显著差异。施用菌剂后0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm土层真菌数量减少,细菌增加,但随着时间延长,菌剂效果逐渐减弱;真菌和细菌群落的α多样性无显著变化;土壤真菌中短梗蠕孢属(Trichocladium)、产油菌属(Solicoccozyma)、担子菌酵母属(Naganishia)和土赤壳属(Ilyonectria)相对丰度分别是对照的1.87倍、1.92倍、2.91和3.38倍;陶氏菌属(Tausonia)和头束菌属(Cephalotrichum)相对丰度分别是对照的76.44%和67.96%;土壤细菌中链霉菌属(Streptomyces)和芽单胞菌属(Gemmatimonas)相对丰度分别是对照的2.65倍和1.33倍;而朱氏杆菌属(Chujaibacter)的相对丰度是对照的48.88%;处理苹果根际土壤中细菌和真菌OTU数量与对照相比发生显著变化;苹果根系土壤的速效磷、速效钾含量分别比对照高21.87%和20.81%、5.14%和5.31%。综上,春季施用巨大芽孢杆菌菌剂能够抑制土壤有害真菌,改善土壤微生物群落结构和数量,活化土壤磷、钾,促进苹果生长,提高苹果产量。
潘纪源, 董庆龙, 温海彬, 刘亚南, 王晓洁, 张雪梅, 刘文菊, 陆秀君. 巨大芽孢杆菌菌剂对苹果产量、品质及土壤微生物的影响[J]. 园艺学报, 2023, 50(11): 2453-2465.
PAN Jiyuan, DONG Qinglong, WEN Haibin, LIU Yanan, WANG Xiaojie, ZHANG Xuemei, LIU Wenju, LU Xiujun. Effects of Bacillus megaterium on Yield,Quality and Soil Microorganism of Apple[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2023, 50(11): 2453-2465.
测序区域 Sequencing region | 引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence |
---|---|---|
16S V3-V4 | 338F | 5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′ |
806R | 5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′ | |
ITs1-5F | ITS1F | 5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′ |
ITS2R | 5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′ |
表1 微生物测序区域与引物
Table 1 Sequencing region and primers of microorganism
测序区域 Sequencing region | 引物名称 Primer name | 引物序列 Primer sequence |
---|---|---|
16S V3-V4 | 338F | 5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′ |
806R | 5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′ | |
ITs1-5F | ITS1F | 5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′ |
ITS2R | 5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′ |
图1 巨大芽孢杆菌菌剂对苹果新梢生长的影响 独立样本t检验,*表示在α = 0.05水平差异显著。
Fig. 1 Effect of Bacillus megaterium on the growth of new apple shoots t test for independent samples,* correlation is significant at α = 0.05 respectively.
年份 Year | 处理 Treatment | 单果质量/g Average mass | 单株果实数 Average No. of fruits/piece | 产量/(t · hm-2) Yield | 不同横径果实比例/% Fruiting ratio of different cross-diameters | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
< 75 mm | 75 ~ 85 mm | > 85 mm | |||||
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 222.11 ± 5.58 | 261.67 ± 5.14* | 57.54 ± 2.07* | 23.70 ± 8.40 | 47.78 ± 11.26 | 28.52 ± 12.38 |
水Water (对照Control) | 217.52 ± 3.11 | 249.33 ± 3.06 | 53.69 ± 1.14 | 24.15 ± 5.43 | 55.36 ± 11.45 | 20.48 ± 6.11 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 213.08 ± 5.68 | 300.22 ± 19.68 | 63.33 ± 8.57* | 25.66 ± 8.00* | 67.00 ± 14.00 | 7.34 ± 4.00 |
水Water (对照Control) | 210.42 ± 4.04 | 284.11 ± 13.23 | 59.18 ± 6.04 | 43.20 ± 4.63 | 52.19 ± 10.88 | 4.61 ± 4.00 |
表2 巨大芽孢杆菌菌剂对苹果产量的影响
Table 2 Effects of Bacillus megaterium on apple yield
年份 Year | 处理 Treatment | 单果质量/g Average mass | 单株果实数 Average No. of fruits/piece | 产量/(t · hm-2) Yield | 不同横径果实比例/% Fruiting ratio of different cross-diameters | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
< 75 mm | 75 ~ 85 mm | > 85 mm | |||||
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 222.11 ± 5.58 | 261.67 ± 5.14* | 57.54 ± 2.07* | 23.70 ± 8.40 | 47.78 ± 11.26 | 28.52 ± 12.38 |
水Water (对照Control) | 217.52 ± 3.11 | 249.33 ± 3.06 | 53.69 ± 1.14 | 24.15 ± 5.43 | 55.36 ± 11.45 | 20.48 ± 6.11 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 213.08 ± 5.68 | 300.22 ± 19.68 | 63.33 ± 8.57* | 25.66 ± 8.00* | 67.00 ± 14.00 | 7.34 ± 4.00 |
水Water (对照Control) | 210.42 ± 4.04 | 284.11 ± 13.23 | 59.18 ± 6.04 | 43.20 ± 4.63 | 52.19 ± 10.88 | 4.61 ± 4.00 |
年份 Year | 处理 Treatment | 果形指数 Fruit shape index | 硬度/(kg · cm-2) Firmness | 可溶性糖/% Soluble sugar | 可溶性固形物/% Soluble solids | 维生素C/(mg · kg-1) Vitamin C |
---|---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 0.85 ± 0.03 | 7.54 ± 0.53 | 9.85 ± 0.23 | 12.57 ± 0.04 | 2.09 ± 0.10 |
水Water (对照Control) | 0.84 ± 0.02 | 7.62 ± 0.77 | 9.35 ± 0.40 | 12.98 ± 0.59 | 2.08 ± 0.17 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 0.90 ± 0.01 | 7.74 ± 0.44 | 9.56 ± 0.11 | 13.02 ± 0.45 | 2.08 ± 0.09 |
水Water (对照Control) | 0.91 ± 0.04 | 7.74 ± 0.16 | 9.28 ± 0.26 | 13.13 ± 0.74 | 2.08 ± 0.10 |
表3 巨大芽孢杆菌菌剂对果实品质的影响
Table 3 Effect of Bacillus megaterium on fruit quality of apple
年份 Year | 处理 Treatment | 果形指数 Fruit shape index | 硬度/(kg · cm-2) Firmness | 可溶性糖/% Soluble sugar | 可溶性固形物/% Soluble solids | 维生素C/(mg · kg-1) Vitamin C |
---|---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 0.85 ± 0.03 | 7.54 ± 0.53 | 9.85 ± 0.23 | 12.57 ± 0.04 | 2.09 ± 0.10 |
水Water (对照Control) | 0.84 ± 0.02 | 7.62 ± 0.77 | 9.35 ± 0.40 | 12.98 ± 0.59 | 2.08 ± 0.17 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 0.90 ± 0.01 | 7.74 ± 0.44 | 9.56 ± 0.11 | 13.02 ± 0.45 | 2.08 ± 0.09 |
水Water (对照Control) | 0.91 ± 0.04 | 7.74 ± 0.16 | 9.28 ± 0.26 | 13.13 ± 0.74 | 2.08 ± 0.10 |
年份 Year | 处理 Treatment | 明亮度L* Brightness L* | 红绿色度a* Red-green index a* | 黄蓝色度b* Yellow-blue index b* | 色度角h Chroma angle h |
---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 56.44 ± 1.21 | 28.65 ± 0.94 | 25.55 ± 2.05 | 41.46 ± 6.05 |
水Water (对照Control) | 56.33 ± 2.34 | 29.59 ± 4.91 | 25.56 ± 1.96 | 39.37 ± 2.94 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 63.03 ± 5.84 | 26.65 ± 6.20* | 22.05 ± 2.52 | 41.28 ± 9.78* |
水Water (对照Control) | 60.38 ± 5.29 | 33.42 ± 7.76 | 20.51 ± 2.59 | 31.87 ± 6.74 |
表4 巨大芽孢杆菌菌剂对果实着色的影响
Table 4 Effects of Bacillus megaterium on the coloration of apple fruit
年份 Year | 处理 Treatment | 明亮度L* Brightness L* | 红绿色度a* Red-green index a* | 黄蓝色度b* Yellow-blue index b* | 色度角h Chroma angle h |
---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 56.44 ± 1.21 | 28.65 ± 0.94 | 25.55 ± 2.05 | 41.46 ± 6.05 |
水Water (对照Control) | 56.33 ± 2.34 | 29.59 ± 4.91 | 25.56 ± 1.96 | 39.37 ± 2.94 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 63.03 ± 5.84 | 26.65 ± 6.20* | 22.05 ± 2.52 | 41.28 ± 9.78* |
水Water (对照Control) | 60.38 ± 5.29 | 33.42 ± 7.76 | 20.51 ± 2.59 | 31.87 ± 6.74 |
图2 巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)菌剂对苹果根际20、40和60 cm土层真菌数量的影响 不同小写字母表示0.05水平差异显著。
Fig. 2 Effects of Bacillus megaterium on the number of fungi in different soil layers of apple rhizosphere Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.
图3 巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)菌剂对苹果根际20、40和60 cm土层细菌数量的影响 不同小写字母表示0.05水平差异显著。
Fig. 3 Effect of Bacillus megaterium on the number of bacteria in different soil layers of apple rhizosphere Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.
处理 Treatment | ACE指数 ACE index | Chao1指数 Chao1 index | 香农指数 Shannon index | 辛普森指数 Simpson index |
---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 381.69 ± 12.98 | 373.56 ± 6.82 | 3.15 ± 0.10 | 0.08 ± 0.00 |
水Water (对照Control) | 359.96 ± 12.63 | 385.43 ± 16.09 | 3.11 ± 0.04 | 0.09 ± 0.00 |
表5 巨大芽孢杆菌菌剂对苹果土壤真菌α多样性的影响
Table 5 Effect of Bacillus megaterium on the α-diversity of fungi in apple rhizosphere soil
处理 Treatment | ACE指数 ACE index | Chao1指数 Chao1 index | 香农指数 Shannon index | 辛普森指数 Simpson index |
---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 381.69 ± 12.98 | 373.56 ± 6.82 | 3.15 ± 0.10 | 0.08 ± 0.00 |
水Water (对照Control) | 359.96 ± 12.63 | 385.43 ± 16.09 | 3.11 ± 0.04 | 0.09 ± 0.00 |
处理 Treatment | 陶氏菌属 Tausonia | 短梗蠕孢属 Trichocladium | 产油菌属 Cephalotrichum | 头束菌属 Solicoccozyma | 担子菌酵母菌属 Naganishia | 土赤壳属 Ilyonectria |
---|---|---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 28.26 ± 1.36** | 9.93 ± 1.03** | 4.04 ± 0.65* | 2.63 ± 0.14* | 1.54 ± 0.04** | 0.27 ± 0.02* |
水Water (对照Control) | 36.97 ± 1.73 | 5.30 ± 0.70 | 2.10 ± 0.59 | 3.87 ± 0.48 | 0.53 ± 0.13 | 0.08 ± 0.07 |
表6 巨大芽孢杆菌对苹果土壤真菌相对丰度的影响(属水平)
Table 6 Effects of Bacillus megaterium on the relative abundance of fungi in apple soil(genus level)
处理 Treatment | 陶氏菌属 Tausonia | 短梗蠕孢属 Trichocladium | 产油菌属 Cephalotrichum | 头束菌属 Solicoccozyma | 担子菌酵母菌属 Naganishia | 土赤壳属 Ilyonectria |
---|---|---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 28.26 ± 1.36** | 9.93 ± 1.03** | 4.04 ± 0.65* | 2.63 ± 0.14* | 1.54 ± 0.04** | 0.27 ± 0.02* |
水Water (对照Control) | 36.97 ± 1.73 | 5.30 ± 0.70 | 2.10 ± 0.59 | 3.87 ± 0.48 | 0.53 ± 0.13 | 0.08 ± 0.07 |
处理 Treatment | ACE指数 ACE index | Chao1指数 Chao1 index | 香农指数 Shannon index | 辛普森指数 Simpson index |
---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 2 824.52 ± 66.23 | 2 839.26 ± 79.52 | 6.23 ± 0.06 | 0.01 ± 0.00 |
水Water (对照Control) | 2 810.25 ± 111.48 | 2 788.77 ± 179.73 | 5.91 ± 0.24 | 0.01 ± 0.00 |
表7 巨大芽孢杆菌菌剂对苹果土壤细菌α多样性的影响
Table 7 Effect of Bacillus megaterium on the α-diversity of bacteria in apple rhizosphere soil
处理 Treatment | ACE指数 ACE index | Chao1指数 Chao1 index | 香农指数 Shannon index | 辛普森指数 Simpson index |
---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 2 824.52 ± 66.23 | 2 839.26 ± 79.52 | 6.23 ± 0.06 | 0.01 ± 0.00 |
水Water (对照Control) | 2 810.25 ± 111.48 | 2 788.77 ± 179.73 | 5.91 ± 0.24 | 0.01 ± 0.00 |
处理 Treatment | 类诺卡氏菌属 Nocardioides | 链霉菌属 Streptomyces | 芽单胞菌属 Gemmatimonas | 朱氏杆菌属 Chujaibacter | 德沃斯氏菌属 Devosia |
---|---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌处理 B. megaterium | 3.73 ± 0.68 | 0.69 ± 0.09** | 0.67 ± 0.08* | 1.97 ± 0.31** | 1.11 ± 0.16 |
水Water (对照Control) | 3.34 ± 1.68 | 0.26 ± 0.03 | 0.50 ± 0.03 | 4.03 ± 0.24 | 1.39 ± 0.65 |
表8 巨大芽孢杆菌对苹果土壤细菌相对丰度的影响(属水平)
Table 8 Effects of Bacillus megaterium on the relative abundance of bacteria in apple soil(genus level)
处理 Treatment | 类诺卡氏菌属 Nocardioides | 链霉菌属 Streptomyces | 芽单胞菌属 Gemmatimonas | 朱氏杆菌属 Chujaibacter | 德沃斯氏菌属 Devosia |
---|---|---|---|---|---|
巨大芽孢杆菌处理 B. megaterium | 3.73 ± 0.68 | 0.69 ± 0.09** | 0.67 ± 0.08* | 1.97 ± 0.31** | 1.11 ± 0.16 |
水Water (对照Control) | 3.34 ± 1.68 | 0.26 ± 0.03 | 0.50 ± 0.03 | 4.03 ± 0.24 | 1.39 ± 0.65 |
年份 Year | 处理 Treatment | 全磷/(g · kg-1) Total phosphorus | 全钾/(g · kg-1) Total potassium | 速效磷/(mg · kg-1) Available phosphorus | 速效钾/(mg · kg-1) Available potassium |
---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 1.21 ± 0.14* | 9.76 ± 0.24* | 31.93 ± 1.68* | 126.52 ± 2.04* |
水Water (对照Control) | 1.88 ± 0.12 | 12.52 ± 0.65 | 26.20 ± 0.98 | 120.34 ± 3.12 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 1.36 ± 0.51* | 8.26 ± 0.14* | 34.77 ± 1.90* | 128.09 ± 2.96* |
水Water (对照Control) | 1.98 ± 0.09 | 12.34 ± 0.21 | 28.78 ± 1.38 | 121.63 ± 4.63 |
表9 巨大芽孢杆菌菌剂处理对苹果根际土壤磷钾含量的影响
Table 9 Effects of Bacillus megaterium on phosphorus and potassium contents in rhizosphere soil of apple
年份 Year | 处理 Treatment | 全磷/(g · kg-1) Total phosphorus | 全钾/(g · kg-1) Total potassium | 速效磷/(mg · kg-1) Available phosphorus | 速效钾/(mg · kg-1) Available potassium |
---|---|---|---|---|---|
2021 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 1.21 ± 0.14* | 9.76 ± 0.24* | 31.93 ± 1.68* | 126.52 ± 2.04* |
水Water (对照Control) | 1.88 ± 0.12 | 12.52 ± 0.65 | 26.20 ± 0.98 | 120.34 ± 3.12 | |
2022 | 巨大芽孢杆菌菌剂 B. megaterium | 1.36 ± 0.51* | 8.26 ± 0.14* | 34.77 ± 1.90* | 128.09 ± 2.96* |
水Water (对照Control) | 1.98 ± 0.09 | 12.34 ± 0.21 | 28.78 ± 1.38 | 121.63 ± 4.63 |
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