花生连作障碍的效应及其作用机理研究
花生连作障碍的效应及其作用机理研究
作 者: 黄玉茜导 师: 韩晓日
学 校: 沈阳农业大学
专 业: 植物营养学
关键词: 花生 连作 干物质 土壤酶 防御酶 微生物 自毒作用
分类号: S565.2
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
本文以花生作为研究对象,在大田条件下,对不同连作年限花生的农艺性状和产量、光合特性、营养特性、干物质积累与分配和土壤中养分含量进行了全面详细的研究,并通过盆栽试验,运用传统平板培养和现代分子生物学技术,对花生根际、非根际微生物种群随连作茬次的动态变化进行了跟踪研究,同时对花生在不同连作年限下的土壤酶变化作了初步探讨,又系统的研究了花生在连作条件下防御酶系活性以及膜脂过氧化产物含量的变化规律,通过盆栽试验及生物测试,研究了花生植株、花生土壤水浸提液对其种子萌发和幼苗生长的化感效应,并采用HPLC技术,有针对性的检测了不同连作年限花生根际土壤中酚酸类物质的种类及含量,主要研究结果如下：1、随连作年限的增加,花生主茎高、叶绿素相对含量、净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度均呈现逐年下降趋势,连作4年的花生植株百果重和百仁重最低,连作3年花生产量最低。连作对叶绿素相对含量的影响在成熟期时最为明显,叶面积并未呈现出逐年降低趋势,而是在连作3年时达到最低值。随连作年限的增加,花针期时花生茎叶中P、K含量呈现逐年减少的变化趋势,N含量变化不规律。成熟期时果实中N、P、K含量均呈现先降低再升高的趋势。随连作年限的增加,花针期时,植株内的中量元素含量呈现一定的变化趋势,除Cu外,其它中量元素含量在各处理间并无显著差异。其中Ca、Fe变化规律一致,呈现逐年增加的趋势；Mg、Zn变化规律一致,呈现先上升后下降再上升的趋势；Mn含量呈现先下降再上升又下降的趋势；Cu含量呈现先下降后升高的趋势。结荚期时,植株内的中量元素含量也呈现一定的变化趋势,除Mg外,其它中量元素含量在各处理间并无显著差异。其中Ca、Mn、Cu变化规律一致,呈现先下降再上升又下降的趋势；Mg、Fe变化规律一致,呈现先下降后升高的趋势；Zn含量呈现逐年上升的趋势。成熟期时,植株内的中量元素含量也呈现一定的变化趋势,Fe、Cu、Zn含量在各处理间存在显著性差异。其中Ca、Fe的变化规律一致,呈现逐年下降的趋势；Zn、Mn变化规律一致,呈现逐年增加的趋势；Cu含量呈现先下降再上升又下降的变化趋势。结荚期时,Mo含量在各处理间存在着显著性差异,呈现出随连作年限的增加先降低后升高再降低的变化趋势,而B含量在各处理间不存在显著性差异。随连作年限的增加,花针期和结荚期时,花生叶片、茎、根、荚果和全株干物质积累均呈现先下降后升高的趋势；成熟期时呈现先升高后下降的趋势。同一连作年限下,叶片和茎的干物质积累随生育进程的推进而呈现先增加后减少的趋势,最高值出现在结荚期；荚果和全株的干物质积累呈现逐渐增加的趋势,最高值出现在成熟期；根的干物质积累变化无规律。花针期时,连作2年花生的根干重占全株干重的比例较正茬有所减少,茎、叶所占比例增加,根冠比减少；连作3年和连作4年花生的根干重占全株干重的比例较正茬有所增加,茎、叶所占比例减少,根冠比增加。结荚期和成熟期时,花生植株个体干物质在各器官中的分配并不随连作年限的增加而发生大的变化。花生植株个体的干物质在各器官中的分配会随生长中心的转移而变化。2、随连作年限的增加,花生土壤微生物区系出现显著变化,根际及非根际土壤中细菌、放线菌数量减少,真菌数量增加,变化均达到显著水平。根际土壤微生物数量和变化幅度明显高于非根际土壤。根际土壤中氨化细菌为优势细菌生理类群,反硝化细菌和好氧性自生固氮菌次之,硝化细菌最少。氨化细菌、硝化细菌和好氧性自生固氮菌的数量随连作年限的增加而逐年减少,反硝化细菌数量则升高,变化均达到显著水平。不同连作年限根际土壤中的细菌、放线菌和真菌数量随着花生生育进程的推进,基本上均呈现先增加后减少的趋势。DGGE结果显示,不同连作年限根际土壤中存在一些共有的细菌类群,也会出现或缺失个别细菌类群,正茬花生在苗期和结荚期时土壤中细菌群落结构相似性最高。3、随连作年限的增加,花生土壤中过氧化氢酶和碱性磷酸酶的活性在整个生育期内呈现下降趋势；脲酶和转化酶活性呈现先下降后增加再下降的趋势；酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性呈现先增加后下降的趋势。不同连作年限土壤中过氧化氢酶活性随着花生生育进程的推进,呈现下降趋势；脲酶活性总体上呈增强趋势；转化酶活性呈先降低后升高的趋势；中性和碱性磷酸酶活性均呈现先升高后下降的趋势；正茬和连作2年两个处理的酸性磷酸酶活性呈现升高趋势,连作4年和连作6年两个处理呈现先升高再降低的趋势。4、0-20cm土层中全氮、碱解氮含量随连作年限的增加在花针期时呈现先增后降再增,结荚期时呈现先增后降的变化趋势；全钾、有效钾含量随连作年限的增加各自呈现独特的变化规律,在花针期和结荚期的每个土层中,全钾含量均呈现先降后增的变化趋势,有效钾则呈现先增后降的趋势；全磷含量随连作年限的增加在不同生育时期表现为不同的变化规律,花针期时每个土层均呈现先增后降的趋势,结荚期时呈现先降后增再降的趋势。有效磷含量则在不同土层中呈现不同的变化规律,0-20cm土层中,随连作年限的增加在花针期和结荚期时均呈现先增后降的趋势,20-40cm土层中,则呈现先降后增再降的趋势。0-20cm土层中有效Fe、Cu、Zn含量随连作年限的增加在花针期和结荚期时呈现相同的变化规律,为先降后增的趋势；有效Ca、Mg、Mn含量在花针期时呈现相同的变化规律,为先增后降再增的趋势。20-40cm土层中,各中量元素的含量均未表现出有规律的变化趋势。有效B含量随连作年限的增加在花针期时每个土层均呈现先增后降的趋势；结荚期时每个土层的变化规律不同,20-40cm土层中呈现先增后降,0-20cm土层中呈现先降后增的趋势。5、随连作年限的增加,花生叶片的过氧化氢酶活性在整个生育期内总体上呈现下降趋势；多酚氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量在整个生育期内总体上呈现升高趋势；苯丙氨酸解氨酶活性在整个生育期内变化规律不一致,苗期和花针期时,连作3年的酶活性大于正茬花生,结荚期和成熟期时,连作3年的酶活性小于正茬花生。不同连作年限花生叶片过氧化氢酶和过氧化物酶活性随生育进程的推进呈现先升高后下降的趋势；超氧化物歧化酶活性总体上呈现先下降后小幅上升的趋势；正茬花生多酚氧化酶活性呈现先上升后下降趋势,连作3年花生呈现先上升后下降再上升的趋势；正茬花生苯丙氨酸解氨酶活性呈现上升趋势,连作3年花生呈现先缓慢上升后下降再上升的趋势；丙二醛含量总体上呈现上升趋势,但两个处理的变化趋势略有不同。正茬花生从苗期到花针期时表现为大幅度上升趋势,到结荚期时含量有所下降,进入成熟期后又有所上升并达到最高值。连作3年处理的含量则随生育进程的推进逐渐升高,成熟期达到最高值。6、不同浓度的花生根际土壤、茎、叶水浸液对其种子萌发和幼苗生长均存在一定的抑制作用,其作用强度随浸提液浓度的增大而增强。对种子萌发的抑制作用强度顺序为：茎>叶>土壤,对幼苗生长的抑制作用强度顺序为：茎、土壤>叶。不同浓度的花生根际土壤、茎、叶水浸液对花生种子萌发的抑制作用大于对其幼苗生长的抑制作用。从不同连作年限花生根际土壤中均检测到两种酚酸物质,即香草酸和香豆素,其含量均随连作年限增加而呈现累积的趋势。香草酸含量显著高于香豆素。连作6年后土壤中两种酚酸总含量达到0.314μg.g-1干土,高于连作4年及2年土壤中的含量,且显著高于正茬土壤。
全文目录
摘要 13-16
Abstract 16-20
第一章 前言 20-40
1.1 连作障碍 20-31
1.1.1 连作障碍的产生背景 20
1.1.2 发生连作障碍的可能性原因 20-28
1.1.3 连作障碍的危害 28-31
1.2 花生与连作障碍 31-33
1.2.1 花生概述 31
1.2.2 辽宁花生生产历史与现状 31-32
1.2.3 花生连作障碍研究进展 32-33
1.3 土壤微生物多样性的研究进展 33-37
1.3.1 土壤微生物多样性 33-34
1.3.2 土壤微生物多样性研究方法 34-37
1.4 化感作用的研究进展 37-40
1.4.1 化感物质的种类 37-38
1.4.2 化感作用的生理机制 38
1.4.3 化感物质的提取、分离和鉴定方法 38
1.4.4 化感作用的生物测定方法 38-40
第二章 研究内容 40-42
2.1 研究背景 40
2.2 研究思路 40-41
2.3 研究内容 41-42
2.3.1 不同连作年限对花生生长的影响研究 41
2.3.2 不同连作年限对花生土壤微生物区系的影响研究 41
2.3.3 不同连作年限对花生土壤酶活性的影响研究 41
2.3.4 不同连作年限对花生土壤养分含量的影响研究 41
2.3.5 不同连作年限对花生防御酶系及膜脂过氧化作用的影响研究 41
2.3.6 花生化感作用研究 41-42
第三章 连作对花生生长的影响 42-60
3.1 材料与方法 42-44
3.1.1 供试材料 42
3.1.2 试验设计 42-43
3.1.3 测定项目及方法 43-44
3.1.4 数据分析 44
3.2 结果与分析 44-55
3.2.1 连作对花生农艺性状及产量的影响 44
3.2.2 连作对花生光合特性的影响 44-46
3.2.3 连作对花生植株养分含量的影响 46-49
3.2.4 连作对花生干物质积累与分配的影响 49-55
3.3 结论与讨论 55-60
3.3.1 结论 55-57
3.3.2 讨论 57-60
第四章 连作对花生土壤微生物区系的影响 60-82
4.1 材料与方法 60-66
4.1.1 供试材料 60-62
4.1.2 试验方法 62-66
4.2 结果与分析 66-76
4.2.1 连作对花生土壤中微生物数量的影响 66-67
4.2.2 连作对花生根际土壤中主要微生物生理群数量的影响 67-68
4.2.3 不同连作年限下花生各生育时期土壤中微生物数量分析 68-71
4.2.4 根际土壤样品中的总DNA 71-72
4.2.5 PCR扩增结果 72
4.2.6 细菌的16S rDNA基因V3区特征片段DGGE指纹图谱 72-76
4.3 结论与讨论 76-82
4.3.1 结论 76-77
4.3.2 讨论 77-82
第五章 连作对花生土壤酶活性的影响 82-97
5.1 材料与方法 82-84
5.1.1 供试材料 82
5.1.2 试验方法 82-84
5.2 结果与分析 84-94
5.2.1 连作对花生土壤酶活性的影响 84-90
5.2.2 不同连作年限下花生各生育时期土壤酶活性的变化 90-94
5.3 结论与讨论 94-97
5.3.1 结论 94-95
5.3.2 讨论 95-97
第六章 连作对花生土壤养分含量的影响 97-108
6.1 材料与方法 97-98
6.1.1 供试材料 97
6.1.2 试验设计 97
6.1.3 测定项目及方法 97-98
6.1.4 数据分析 98
6.2 结果与分析 98-104
6.2.1 连作对花生土壤中大量元素养分含量的影响 98-102
6.2.2 连作对花生土壤中、微量元素有效含量的影响 102-104
6.3 结论与讨论 104-108
6.3.1 结论 104-105
6.3.2 讨论 105-108
第七章 连作对花生防御酶系及膜脂过氧化作用的影响 108-126
7.1 材料与方法 108-111
7.1.1 供试材料 108-109
7.1.2 试验设计 109
7.1.3 供试试剂 109
7.1.4 仪器 109
7.1.5 测定项目与方法 109-111
7.2 结果与分析 111-121
7.2.1 连作对花生叶片防御酶活性及丙二醛含量的影响 111-117
7.2.2 不同连作年限下各生育时期防御酶系活性及丙二醛含量的变化 117-121
7.3 结论与讨论 121-126
7.3.1 结论 121-122
7.3.2 讨论 122-126
第八章 花生化感作用研究 126-138
8.1 花生不同部位及根际土壤水浸液自毒作用研究 126-134
8.1.1 材料与方法 127-128
8.1.2 结果与分析 128-131
8.1.3 结论与讨论 131-134
8.2 花生根际土壤中酚酸类物质的检测 134-138
8.2.1 材料与方法 134-135
8.2.2 结果与分析 135-136
8.2.3 结论与讨论 136-138
第九章 结论 138-141
9.1 花生连作障碍效应 138-139
9.1.1 连作影响花生的生长 138
9.1.2 连作影响花生的干物质积累与分配 138-139
9.1.3 连作影响花生叶片防御酶活性和膜质过氧化程度 139
9.1.4 连作影响花生植株、土壤中养分含量 139
9.2 花生连作障碍产生原因 139-141
9.2.1 土壤生物因素 139-140
9.2.2 花生的自毒作用 140-141
参考文献 141-154
致谢 154-155
攻读学位论文期间发表文章 155-156
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