Effects of Biochar Addition in Soil on Growth and Nutrient-uptake of Monocropped Cucumber Plants
-
摘要:目的 添加生物炭在改善土壤结构、提高土壤肥力，促进微生物活性和功能等方面发挥作用，并在消减作物连作障碍中起正向调控作用，但最大程度消减连作土壤障碍的最适生物炭添加量还不清楚。因此，本试验探究添加不同比例生物炭对黄瓜生长及营养吸收的作用，以期明确适宜生物炭添加量，为消减黄瓜连作障碍及设施农业健康发展提供新思路。方法 以黄瓜（Cucumis sativus L.）为试验材料，通过盆栽试验，添加质量分数分别为0.5%、1%、2%、3%的生物炭，并以不添加生物炭处理为对照，研究添加不同量生物炭对黄瓜生长及营养吸收的影响。结果 随着生物炭施加量的增加黄瓜幼苗干鲜重呈先增加后降低的趋势，其中添加1%生物炭处理的黄瓜幼苗干鲜重最高。同时，随着生物炭施加量的增加黄瓜幼苗植株氮、磷、钾质量浓度和含量也呈现出先增加后降低的趋势，添加1%生物炭处理的黄瓜幼苗植株氮、磷、钾质量浓度最高，均显著高于对照处理（P＜0.05）。随着生物炭施加量的增加，黄瓜连作土壤pH以及土壤有机碳含量呈现上升趋势，与对照相比，添加2%生物炭显著提高了土壤速效钾的含量（P＜0.05），添加2%、3%生物炭处理显著提高了土壤有效磷的含量（P＜0.05），添加1%生物炭处理显著提高了土壤碱解氮的含量（P＜0.05）。结论 添加适宜量的生物炭在促进黄瓜生长方面发挥了重要作用，在连作土壤中添加质量分数为1%的生物炭，对黄瓜生长的促进作用最大，而添加生物炭含量过高时会抑制黄瓜的生长。Abstract:Objective Effects of adding biochar in soil on the growth and nutrient-uptake of continuous monocropped cucumber plants were studied.Methods A pot experiment was performed on cucumber seedlings grown in soil without (CK) or with various concentrations of biochar at 0.5%, 1%, 2%, and 3%. Growth and nutrients absorption by the plants were monitored to determine the effects and optimal application of the soil conditioner.Results The fresh and dry weights as well as the nitrogen, phosphorus, and potassium contents of the cucumber seedlings increased significantly as the amount of added biochar increased but declined at higher levels of the addition. With 1% added biochar in soil, the biomass and the contents of nitrogen, phosphorus, and potassium in the plants peaked. The pH and organic carbons in soil underwent an upward trend with increasing biochar. Compared to CK, adding 2% biochar to the potting soil significantly improved the contents of available potassium, 2% and 3% significantly elevated that of available phosphorus, and 1% significantly rose that of alkali hydrolysis nitrogen.Conclusion As commonly known, presence of biochar can improve the structure, fertility, and microbial activity in soil. In this study, it was found that an addition of the soil conditioner at 1% level achieved not only the desirable effects on the soil but also on the growth of continuous monocropped cucumber plants.
-
Keywords:
- Biochar /
- cucumber /
- plant growth /
- soil nutrients /
- plant nutrient uptake
-
0. 引言
【研究意义】鲜食或加工型玉米是福建省重要的经济作物[1]。由大斑突脐蠕孢菌Exserohilum turcicum (Pass.) Leonard et Suggs(有性态：Setosphaeria turcica Leonard et Suggs)侵染引起的玉米大斑病是玉米生产上的世界性病害，该病可在玉米整个生育期发生，一般减产20%，重者可达50%以上，大斑病的流行严重影响了福建省鲜食玉米的产量和品质[2-4]。玉米大斑病菌具有寄主适应性强、变异频繁和生理分化明显等特点。研究表明玉米大斑病菌可在自然条件下频繁进行有性生殖，不同交配型和寄主适合度的2株室内诱导产生的F1代玉米大斑病菌菌株进行有性杂交形成的F2代菌株群体中，有30%的菌株在产孢量、毒素产量以及致病力上有显著增强[2, 5]。由于玉米大斑病菌频繁地进行有性重组，造成病菌变异频率显著提升和新的生理小种不断出现[4-6]，这为病害的长期可持续控制和鲜食玉米的优质、安全生产带来了困扰。最经济、有效的防治玉米大斑病的措施是种植抗病品种[7]，但是福建省适宜的气候条件以及高复种指数，致使田间玉米大斑病菌强适应性新小种不断积累，加之该菌的遗传变异性常常导致玉米品种抗病性丧失。因此，深入探讨玉米大斑病菌群体的DNA指纹图谱，揭示病菌流行群体的遗传多样性和遗传结构，对了解病菌群体的变异趋势以及指导抗病玉米品种的选育具有重要的意义。【前人研究进展】已有随机扩增多态性(Random Amplified Polymorphic DNA，RAPD)[2, 8-9]、扩增片段长度多态性(Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP)[10]、通用引物聚合酶链式反应(Universally primed polymerase chain reaction，UP-PCR)[11]、简单重复序列标记(Simple Sequence Repeat，SSR)[12-14]、简单序列重复区间扩增多态性(inter-simple sequence repeat，ISSR)[15-17]等多种DNA分子标记技术被应用于国内外玉米大斑病菌群体遗传多样性的研究中。在众多DNA分子标记中，ISSR分子标记技术由于操作简单、稳定性好以及多态性高，且无需知道靶标的任何遗传背景[18-19]，使其成为植物病原真菌群体遗传多样性和遗传结构研究的重要工具[20]。近年来，ISSR分子标记技术已被广泛应用于Bipolaris maydis[1]、Puccinia polysora[21]、Cercospora zeina[22]、Sporisorium reilianum[23]、Fusarium graminearum[24]、Bipolaris zeicola[25]和Curvularia lunata[26]等玉米重要真菌病害的分子标记研究中。【本研究切入点】迄今已报道适用于其他地理来源玉米大斑病菌群体的ISSR-PCR反应体系和引物并不适用于福建省玉米大斑病菌种群。【拟解决的关键问题】本研究采用单因素水平优化法对ISSR-PCR扩增反应中的Taq聚合酶用量、dNTPs浓度、Mg2+浓度、模板DNA浓度、PCR反应循环数以及引物的退火温度等重要参数进行优化，并利用优化的反应体系和扩增条件从植物病原真菌基因组DNA重复序列ISSR引物库中筛选重复性好、多态性高的引物，以期建立适合福建省玉米大斑病菌ISSR分子标记的反应体系和引物，为福建省玉米大斑病菌的群体遗传多样性和遗传结构研究奠定基础。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基：新鲜去皮马铃薯200 g、葡萄糖20 g、琼脂粉16 g、去离子水1 000 mL。121℃湿热灭菌20 min。
试剂和引物：Taq酶、dNTPs、MgCl2溶液和5-kb DNA Marker均购自大连宝生物有限公司；其他分析纯生化试剂购自索莱宝(北京)生物有限公司；供试的56个ISSR引物筛选至加拿大哥伦比亚大学设计的植物病原真菌基因组DNA重复序列ISSR引物库(http:/www.michaelsmith.ubc.ca)并结合谷守芹[15]和郭丽媛[16]等文献报道，引物委托上海英潍捷基生物技术有限公司合成。
仪器：C1000TM Thermal Cycler梯度PCR仪(美国Bio-Rad公司)、Nanodrop 2000c核酸定量仪(赛默飞世尔科技公司)、DYY-6C型电泳系统(北京六一仪器厂)、BioDoc-ItTM凝胶成像系统(美国UVP公司)、ZWY-240恒温振荡培养箱(上海智城分析仪器制造有限公司)。
1.2 试验方法
1.2.1 玉米大斑病菌的分离和保存
2016-2019年从福建省建瓯、松溪、屏南和南靖等县(市)的鲜食玉米田采集具有典型玉米大斑病症状的玉米病叶，切取病健交界处的组织块(0.5 cm × 0.4 cm)依次置于75% (V/V)酒精和0.1% (W/V)氯化汞溶液中消毒2 min和90 s，无菌水清洗3次，28℃黑暗培养4~5 d，通过单孢分离法获取纯培养菌株(表 1)。所有单孢菌株均经过形态学和rDNA-ITS序列分析鉴定，确定供试菌株为玉米大斑病菌[27-28]。分离纯化的单孢菌株采用滤纸片法保存于-20℃冰箱中[29]。
表 1 供试的福建省玉米大斑病菌菌株Table 1. E. turcicum isolates collected in Fujian序号
Number菌株编号
Isolate code采集地
Location年份
Year1 JO1801 建瓯市东游镇Dongyou town of Jian′ou city 2018 2 JO1809 建瓯市东游镇Dongyou town of Jian′ou city 2018 3 JODB1701 建瓯市东游镇Dongyou town of Jian′ou city 2017 4 JODB1702 建瓯市东游镇Dongyou town of Jian′ou city 2017 5 DFDB1901 建瓯市东峰镇Dongfeng town of Jian′ou city 2019 6 DFDB1902 建瓯市东峰镇Dongfeng town of Jian′ou city 2019 7 DFDB1903 建瓯市东峰镇Dongfeng town of Jian′ou city 2019 8 DFDB1905 建瓯市东峰镇Dongfeng town of Jian′ou city 2019 9 SX1801 松溪县Songxi county 2018 10 SX1802 松溪县Songxi county 2018 11 SX1804 松溪县Songxi county 2018 12 PNDB1602a 屏南县Pingnan county 2016 13 PNDB1604b 屏南县Pingnan county 2016 14 PNDB1606a 屏南县Pingnan county 2016 15 PNDB1608a 屏南县Pingnan county 2016 16 PNDB1609a 屏南县Pingnan county 2016 17 NJDB1805 南靖县Nanjing county 2018 18 NJDB1809 南靖县Nanjing county 2018 19 NJDB1810 南靖县Nanjing county 2018 20 NJDB1816 南靖县Nanjing county 2018 21 NJDB1830 南靖县Nanjing county 2018 1.2.2 玉米大斑病菌DNA的提取
玉米大斑病菌的DNA提取方法采用改良的CTAB法[30]。用无菌手术刀刮取PDA平板上培养6 d的菌丝置于2 mL无菌离心管中，向管中加入800 μL提取液[2% CTAB (w/v)，100 mmol·L-1 Tris-HCl (pH 8.0)，20 mmol·L-1 EDTA，1.4 mol·L-1 NaCl]、80 μL 10%的SDS和880 μL酚/氯仿/异戊醇(25:24:1)，轻柔混匀，37℃、180 r·min-1摇床上振荡1.0 h，12 000 r·min-1离心20 min，将600 μL上清液移至无菌1.5 mL离心管中，加入600 μL异丙醇，轻柔混匀，-20℃冰箱中沉淀30 min，12 000 r·min-1离心20 min，沉淀用800 μL 75%冰乙醇洗涤2次，12 000 r·min-1离心15 min，无菌操作台上室温干燥20 min。DNA用100 μL TE缓冲液(10 mmol·L-1 Tris-HCl，1 mmol·L-1 EDTA，pH 8.0)溶解，再加入2 μL RNA降解酶(20 mg·mL-1)于37℃酶解1 h。所有菌株的DNA样品均通过核酸定量仪测定DNA浓度和质量，OD260/OD280值在1.8左右说明DNA纯度达到实验要求。提取的DNA样品保存于-20℃冰箱中。
1.2.3 ISSR-PCR反应体系的优化
用TE缓冲液分别将玉米大斑病菌JO1801、DFDB1901、SX1801、PNDB1602a和NJDB1805菌株的基因组DNA浓度稀释到200 ng·μL-1，作为ISSR-PCR的模板。ISSR引物为UBC847。25 μL ISSR-PCR反应体系：Taq聚合酶用量分别为0.25、0.35、0.45、0.55、0.65(推荐剂量)、0.75、0.85和0.95 U；dNTPs浓度梯度为0.07、0.10、0.14、0.17、0.20(推荐剂量)、0.23、0.26、0.30 mmol·L-1；Mg2+浓度梯度为0.5、0.8、1.0、1.3、1.5(推荐剂量)、1.7、2.0、2.2 mmol·L-1；DNA模板浓度梯度为50、100、150、200 ng。
ISSR-PCR扩增程序为：94℃预变性4 min；94℃变性45 s，退火温度梯度为56.0、55.6、54.7、53.1、51.2、49.6、48.5和48.0℃退火45 s，72℃延伸90 s，25、30、35或40个循环；72℃延伸10 min；4℃保存。PCR结束后取7 μL扩增产物用含有EB的1.5%琼脂糖凝胶在120 V恒定电压下电泳约35 min，用凝胶成像系统检测并照相。
1.2.4 ISSR-PCR引物的筛选
利用上述优化的反应体系和扩增条件，通过梯度PCR扩增对56条ISSR引物进行筛选，退火温度梯度为56.0、55.6、54.7、53.1、51.2、49.6、48.5和48.0℃。最终筛选扩增条带清晰、多态性好的引物，同时确定引物的最佳退火温度。
1.2.5 ISSR-PCR扩增
利用优化的ISSR-PCR反应体系及扩增条件和筛选的多态性好的引物对21个供试菌株进行ISSR扩增。
2. 结果与分析
2.1 ISSR-PCR反应体系的优化
以引物UBC847为例，对Taq聚合酶用量的优化结果表明，25 μL的ISSR-PCR反应体系中0.55 U的Taq聚合酶用量即可扩增出条带清晰、稳定性好的DNA指纹图谱(图 1-A)。设置的8个dNTPs浓度梯度内，7个能扩增出DNA条带，在浓度为0.30 mmol·L-1时扩增出的DNA指纹图谱清晰、重复性好(图 1-B)。Mg2+浓度对ISSR-PCR的扩增结果有较大影响，Mg2+浓度过低或过高，扩增的条带或弱或多态性不丰富，当Mg2+浓度为1.3 mmol·L-1时扩增出的条带较清晰、多态性较好(图 1-C)。本研究设置的50~200 ng模板DNA浓度均能有效地扩增出清晰的DNA指纹图谱(图 1-D)，表明本研究设置的DNA模板用量在25 μL ISSR-PCR反应体系中对扩增结果影响不显著。本试验设置的25~40个循环数均能扩增出DNA条带，循环数过少，扩增的条带较少且亮度较暗，循环数越多，扩增的条带越多且亮度越亮。当循环数为35次时，扩增的条带较清晰且亮度适中，当循环数为40次时，扩增的部分条带亮度过强，有覆盖临近的条带的趋势(图 1-E)。当退火温度值为56.0℃时，扩增的条带越多且亮度适中；随着退火温度值的降低，扩增的条带亮度降低或条带数减少(图 2)。
![]()
图 1 引物UBC847的反应体系优化注：M：5-kb DNA Marker；(A) 1~8：Taq酶用量分别为0.25、0.35、0.45、0.55、0.65(推荐剂量)、0.75、0.85和0.95 U；(B) 1~8：dNTPs浓度分别为0.07、0.10、0.14、0.17、0.20(推荐剂量)、0.23、0.26和0.30 mmol·L-1；(C) 1~8：Mg2+浓度分别为0.5、0.8、1.0、1.3、1.5(推荐剂量)、1.7、2.0和2.2 mmol·L-1；(D) 50~200：DNA模板量分别为50、100、150和200 ng；(E) 25~40：循环数分别为25、30、35和40次；CK：空白对照。Figure 1. Reaction condition optimization for primer UBC847Note:M:5-kb DNA Marker; (A) 1-8:the amount of Taq polymerase 0.25, 0.35, 0.45, 0.55, 0.65 (recommended dosages), 0.75, 0.85 and 0.95 U, respectively; (B) 1-8:the concentration of dNTPs 0.07, 0.10, 0.14, 0.17, 0.20 (recommended dosages), 0.23, 0.26 and 0.30 mmol·L-1, respectively; (C) 1-8:the concentration of Mg2+ 0.5, 0.8, 1.0, 1.3, 1.5 (recommended dosages), 1.7, 2.0 and 2.2 mmol·L-1, respectively; (D) 50-200:the concentration of template DNA 50, 100, 150 and 200 ng, respectively; (E) 25-40:the cycle number 25, 30, 35 and 40, respectively; CK:blank control.![]()
图 2 引物UBC847的最佳退火温度筛选注：M：5-kb DNA Marker；1~8：退火温度梯度依次为56.0、55.6、54.7、53.1、51.2、49.6、48.5和48.0℃；CK：空白对照。Figure 2. Selection of annealing temperature for primer UBC847Note:M:5-kb DNA Marker; 1-8:the annealing temperature 56.0, 55.6, 54.7, 53.1, 51.2, 49.6, 48.5 and 48.0℃, respectively; CK:blank control.综合上述优化结果，使用引物UBC847，适合福建省玉米大斑病菌ISSR扩增的最适反应体系为：25 μL反应体积中，Taq聚合酶用量0.55 U，dNTPs浓度为0.30 mmol·L-1，Mg2+浓度为1.3 mmol·L-1，模板DNA浓度100 ng，引物终浓度0.4 pmol(Taq酶反应体系推荐用量，本研究未优化)；ISSR-PCR扩增程序为：94℃预变性4 min；94℃变性45 s，56.0℃退火45 s，72℃延伸1.5 min，35个循环；72℃延伸10 min。
2.2 ISSR-PCR引物的筛选
利用福建省5个玉米大斑病菌菌株的基因组DNA混合样品为模板和优化的反应体系及扩增条件，最终筛选出UBC117、UBC118、UBC808、UBC835、UBC847、UBC855、UBC856、UBC857、UBC866和UBC887等10条扩增条带清晰、重复性好且多态性丰富的ISSR-PCR引物(表 2)。
表 2 适宜福建省玉米大斑病菌ISSR分子标记的引物及最佳退火温度Table 2. Primers and annealing temperatures for ISSR molecular marker of E. turcicum isolates引物名称
Primer name引物序列(5′-3′)
Primer sequence最适退火温度(℃)
Optimal Tm引物来源
Primer origin是否适合福建种群
Whether suitable for Fujian populationUBC112 (AG)8TA (52) UBC, [15] 不适合unsuitability UBC113 (AG)8TC (54) (52.7) UBC, [15], [16] 不适合unsuitability UBC117 (AGA)7 55.6 (56) (52.7) UBC, [15], [16] 适合suitability UBC118 (GTC)6 53.1 (59.5) (53) UBC, [15], [16] 适合suitability UBC121 (GTGC)4 (61.8) (49) UBC, [15], [16] 不适合unsuitability UBC808 (AG)8C 51.2 (52.7) UBC, [16] 适合suitability UBC835 (AG)8YC 51.2 (53) UBC, [16] 适合suitability UBC847 (CA)8RT 56.0 (49.1) UBC, [16] 适合suitability UBC855 (AC)8YT 53.1 (49.4) UBC, [16] 适合suitability UBC856 (AC)8YA 53.1 UBC 适合suitability UBC857 (AC)8YG 51.2 UBC 适合suitability UBC866 (CTC)6 51.2 UBC 适合suitability UBC887 DVD(TC)7 51.2 UBC 适合suitability 注：① Tm：退火温度，小括弧内的数字为文献中报道的引物最佳退火温度；② UBC：加拿大哥伦比亚大学植物病原真菌基因组DNA重复序列ISSR引物库(http:/www.michaelsmith.ubc.ca)。
Note：①Tm：annealing temperature, numbers in parenthesis are the optimal annealing temperatures for primers reported in the literatures; ② UBC：Primer database for genomic DNA repeat sequence of phytopathogenic fungi established by University of Columbia, Canada (http:/www.michaelsmith.ubc.ca).通过梯度PCR扩增对筛选的UBC117、UBC118、UBC808、UBC835、UBC847、UBC855、UBC856、UBC857、UBC866和UBC887等10条引物的最佳退火温度进行优化，最终确定10条引物的最佳退火温度分别为55.6、53.1、51.2、51.2、56.0、53.1、53.1、51.2、51.2和51.2℃(表 2)。
2.3 ISSR-PCR扩增
利用优化的ISSR-PCR反应体系和扩增条件对供试的21株玉米大斑病菌进行ISSR-PCR扩增，结果表明，扩增条带的分子量介于100~5 000 bp，引物UBC847从20号菌株DNA中仅扩增出2个条带，而从其他菌株DNA中扩增出4~6个条带，表明不同菌株间的DNA多态性存在明显差异(图 3-A)。引物UBC887从南靖县的菌株DNA(17~21号菌株)中扩增出0~5个条带，而从建瓯市的菌株DNA(1~8号菌株)中扩增出4~5个条带，表明相同地理来源以及不同地理来源菌株间的DNA多态性存在显著差异(图 3-B)。上述结果表明，福建省玉米大斑病菌群体存在丰富的遗传多样性。
![]()
图 3 使用引物UBC847和UBC887对福建省21个玉米大斑病菌株进行ISSR-PCR扩增注：M：5-kb DNA Marker；1~21：福建省玉米大斑病菌的菌株序号与表 1对应；(A)和(B)：引物UBC847和UBC887分别对21株玉米大斑病菌的ISSR-PCR扩增结果；CK：空白对照。Figure 3. ISSR-PCR amplification of 21 E. turcicum isolates using primer UBC847 and UBC887Note:M:5-kb DNA Marker; 1-21:isolates of E. turcicum in Fujian Province corresponding with Table 1; (A) and (B):ISSR-PCR amplification results of 21 E. turcicum isolates in Fujian Province using primer UBC847 and UBC887, respectively; CK:blank control.3. 讨论与结论
对ISSR-PCR反应体系和扩增条件进行优化，是获得扩增图谱清晰、重复性好、多态性高的ISSR分子标记结果的前提。本研究针对影响ISSR-PCR扩增结果的重要参数，如Taq聚合酶用量、dNTPs浓度、Mg2+浓度、模板DNA浓度、扩增循环数以及引物的退火温度等分别进行单因素4~8个水平的系统优化，试验结果表明，Taq聚合酶用量、dNTPs浓度、Mg2+浓度和扩增循环数对ISSR-PCR反应体系均有明显影响，而50~200 ng的模板DNA用量对反应体系的影响不明显。通过单因素优化法建立了适合福建省玉米大斑病菌ISSR分子标记的最适反应体系和扩增条件。该ISSR-PCR反应体系和扩增条件的建立为进一步在DNA分子水平上揭示福建省玉米大斑病菌的遗传变异和遗传结构以及深入探讨病菌的遗传变异、生理分化与致病性之间的关系奠定了基础。
不同地理来源和不同遗传背景的相同物种对ISSR分子标记的引物要求存在一定的差异性。谷守芹等报道适合我国北方地区玉米大斑病菌的ISSR分子标记的引物包括UBC112、UBC113、UBC117、UBC118和UBC121等9条[15]。郭丽媛筛选的适合我国玉米大斑病菌的ISSR分子标记的引物包括UBC112、UBC113、UBC117、UBC118、UBC121、UBC808、UBC835、UBC847、UBC855、UBC887和UBC888等18条[16]。本研究采用优化的ISSR-PCR反应体系从引物库中筛选出UBC117、UBC118、UBC808、UBC835、UBC847、UBC855、UBC856、UBC857、UBC866和UBC887等10条适合福建省玉米大斑病菌ISSR分子标记的引物。而文献中报道的引物UBC112、UBC113和UBC121并不适合福建省玉米大斑病菌种群。
明确ISSR分子标记引物的最佳退火温度是决定试验成败的又一重要因素。一般情况下，退火温度越低，扩增的DNA指纹图谱模糊、弱带多；退火温度越高，不利于长片段的扩增，所以扩增的DNA指纹图谱条带偏少[15]。本研究通过梯度PCR扩增优化出10条ISSR引物的最佳退火温度范围为51.2~56.0℃。引物UBC117的退火温度为55.6℃，与谷守芹等[15]的报道较为一致，但是明显高于郭丽媛的优化结果。UBC118、UBC808、UBC835和UBC855的退火温度，与郭丽媛[16]的优化结果较为一致，但是引物UBC118的退火温度显著低于谷守芹等[15]的报道。这可能是由于不同ISSR反应体系中Mg2+浓度不同以及病菌具有不同的遗传背景所致。
Borchardt等[2]利用RAPD技术研究欧洲玉米大斑病菌群体遗传多样性时发现，病菌群体具有26个不同的RAPD单元型且病菌群体存在丰富的DNA多态性。Tang等[11]通过UP-PCR研究发现，来自中国玉米S. turcica f. sp. zeae和高粱S. turcica f. sp. sorghi上的两个S. turcica致病性专化型群体的DNA多态性高达82%以上，表明不同寄主来源的S. turcica群体存在丰富的遗传多样性，且与地理来源相比，两个S. turcica致病性专化型与遗传多样性的关系更密切。谷守芹等[15]利用ISSR-PCR研究表明，中国玉米大斑病菌的遗传多样性与病菌的交配型存在一定的相关性，而与菌株的地理来源和生理小种没有明显的相关性。本研究发现，相同地理来源以及不同地理来源菌株间的DNA多态性均不同，表明福建省玉米大斑病菌群体存在丰富的遗传多样性。由于本研究主要目的在于建立ISSR-PCR反应体系，群体分析时所用的病菌菌株数量较小，因此，有必要进一步扩大采样的空间范围和样本数量，深入研究福建省玉米大斑病菌群体的遗传多样性和遗传结构，同时揭示病菌群体的遗传多样性和遗传结构与病菌的地理来源、交配型、生理小种以及致病性之间的关系。
-
![]()
图 1 添加生物炭对黄瓜幼苗鲜重和干重的影响
Figure 1. Effect of biochar addition on fresh and dry weights of cucumber seedlings
![]()
图 2 添加生物炭对黄瓜幼苗植株营养积累的影响
Figure 2. Effect of biochar addition on nutrient uptake by cucumber seedlings
-
[1] 张相锋, 杨晓绒, 焦子伟. 生物炭在连作障碍治理中的应用综述 [J]. 现代园艺, 2018(19):82−85. DOI: 10.3969/j.issn.1006-4958.2018.19.046 ZHANG X F, YANG X R, JIAO Z W. Review on the application of biochar in continuous cropping obstacle control [J]. Xiandai Horticulture, 2018(19): 82−85.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1006-4958.2018.19.046
[2] 石晓宇, 张婷, 贾浩, 等. 生物炭对设施土壤化学性质及黄瓜产量品质的影响 [J]. 农学学报, 2019, 9(4):59−65. SHI X Y, ZHANG T, JIA H, et al. Biochar: Effects on soil chemical properties and cucumber yield and quality in greenhouse [J]. Journal of Agriculture, 2019, 9(4): 59−65.(in Chinese)
[3] 宋为交, 贺超兴, 于贤昌, 等. 不同种植年限有机土基质的变化及其对温室黄瓜生长的影响 [J]. 应用生态学报, 2013, 24(10):2857−2862. SONG W J, HE C X, YU X C, et al. Changes of organic soil substrate properties with different cultivation years and their effects on cucumber growth in solar greenhouse [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(10): 2857−2862.(in Chinese)
[4] 武春成, 李天来, 曹霞, 等. 添加生物炭对连作营养基质理化性质及黄瓜生长的影响 [J]. 核农学报, 2014, 28(8):1534−1539. WU C C, LI T L, CAO X, et al. Physicochemical properties of nutrition medium and cucumber growth under continuous cropping [J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2014, 28(8): 1534−1539.(in Chinese)
[5] 王彩云, 武春成, 曹霞, 等. 生物炭对温室连作土壤黄瓜生长、叶片结构及产量的影响 [J]. 北方园艺, 2018(19):23−27. WANG C Y, WU C C, CAO X, et al. Effects of biochar on growth, leaf structure and yield of cucumber in different continuous cropping years in greenhouse [J]. Northern Horticulture, 2018(19): 23−27.(in Chinese)
[6] 娄洁, 何明霞, 李晓甜, 等. 蔬菜秸秆生物炭对日光温室黄瓜连作土壤性状及植株生长的影响 [J]. 天津农业科学, 2022, 28(10):40−43,48. LOU J, HE M X, LI X T, et al. Effects of vegetable straw biochar on soil properties and plant growth of continuously cropped cucumber in solar greenhouse [J]. Tianjin Agricultural Sciences, 2022, 28(10): 40−43,48.(in Chinese)
[7] 章小勉, 刘梓毫, 郭猛, 等. 生物炭对两种植物种子萌发和幼苗生长的影响 [J]. 东北林业大学学报, 2023, 51(4):26−31, 49. ZHANG X M, LIU Z H, GUO M, et al. Effects of biochar on seed germination and seedling growth of two plants [J]. Journal of Northeast Forestry University, 2023, 51(4): 26−31, 49.(in Chinese)
[8] 武春成, 王彩云, 曹霞, 等. 不同用量生物炭对连作土壤改良及黄瓜生长的影响 [J]. 北方园艺, 2017(19):150−154. WU C C, WANG C Y, CAO X, et al. Effects of different biochar application rate on improvement of continuous cropping soil and cucumber growth [J]. Northern Horticulture, 2017(19): 150−154.(in Chinese)
[9] 陈森, 张子谦, 李婧, 等. 土壤镉污染下生物炭对白菜生长及植株镉浓度的影响 [J]. 江苏农业科学, 2018, 46(5):129−131. CHEN S, ZHANG Z Q, LI J, et al. Effects of biochar on growth and cadmium concentration of Chinese cabbage under soil cadmium contamination [J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2018, 46(5): 129−131.(in Chinese)
[10] 赵淑文, 胡云, 李明, 等. 生物炭对设施黄瓜根际土壤菌群结构及植株生长的影响 [J]. 中国瓜菜, 2018, 31(3):19−23. ZHAO S W, HU Y, LI M, et al. Effect of biological carbon on growth and bacterial communities of rhizosphere soil of facility cucumber [J]. China Cucurbits and Vegetables, 2018, 31(3): 19−23.(in Chinese)
[11] WANG C Y, WU C C, CAO X, et al. Effects of biochar on soil nutrition and microbial community diversity under continuous cultivated cucumber soils in greenhouse [J]. The Journal of Applied Ecology, 2019, 30(4): 1359−1366.
[12] 姜悦, 张紫涵, 贾彦哲, 等. 不同施磷水平对分蘖洋葱伴生番茄幼苗生长及菌根侵染的影响 [J]. 福建农业学报, 2022, 37(3):326−334. JIANG Y, ZHANG Z H, JIA Y Z, et al. Effects of phosphorus fertilizations on growth and root mycorrhizal infection of tomato seedlings intercropped with potato-onion [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2022, 37(3): 326−334.(in Chinese)
[13] PEZZOLESI T P, ZARTMAN R E, HICKEY M G. Effects of storage methods on chemical values of waterlogged soils [J]. Wetlands, 2000, 20(1): 189−193. DOI: 10.1672/0277-5212(2000)020[0189:EOSMOC]2.0.CO;2
[14] 王锡增, 徐浴力, 周昕, 等. 玉米青秸秆还田对土壤理化性状及连作黄瓜生长发育的影响 [J]. 扬州大学学报(农业与生命科学版), 2022, 43(6):37−43,110. WANG X Z, XU Y L, ZHOU X, et al. Effects of maize straw returning on soil physicochemical properties and continuous cropping cucumber growth and development [J]. Journal of Yangzhou University (Agricultural and Life Science Edition), 2022, 43(6): 37−43,110.(in Chinese)
[15] JONES D L, ROUSK J, EDWARDS-JONES G, et al. Biochar-mediated changes in soil quality and plant growth in a three year field trial [J]. Soil Biology and Biochemistry, 2012, 45: 113−124. DOI: 10.1016/j.soilbio.2011.10.012
[16] 孙喜军, 吕爽, 高莹, 等. 蚯蚓粪对作物连作障碍抑制作用研究进展 [J]. 土壤, 2020, 52(4):676−684. SUN X J, LÜ S, GAO Y, et al. Research progresses on inhibition effect of vermicompost to continuous cropping obstacles [J]. Soils, 2020, 52(4): 676−684.(in Chinese)
[17] 冯冰, 吴英, 李磊, 等. 生物炭对土壤性质及黄瓜和生菜幼苗生长的影响 [J]. 现代农业科技, 2017(24):54−55,57. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5739.2017.24.032 FENG B, WU Y, LI L, et al. Effect of biochar on soil properties and the growth of cucumber and lettuce seedlings [J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2017(24): 54−55,57.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1007-5739.2017.24.032
[18] 刘学方, 仇美华, 郁洁, 等. 秸秆及生物炭部分替代化肥对温室连作黄瓜生长与土壤性质的影响 [J]. 安徽农业科学, 2022, 50(23):144−150. LIU X F, QIU M H, YU J, et al. Effects of straw biochar partially replacing chemical fertilizer on growth of continuous cropping cucumber and soil properties in greenhouse [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2022, 50(23): 144−150.(in Chinese)
[19] 王彩云, 武春成, 曹霞, 等. 生物炭对温室黄瓜不同连作年限土壤养分和微生物群落多样性的影响 [J]. 应用生态学报, 2019, 30(4):1359−1366. WANG C Y, WU C C, CAO X, et al. Effects of biochar on soil nutrition and microbial community diversity under continuous cultivated cucumber soils in greenhouse [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(4): 1359−1366.(in Chinese)
[20] 高丹美, 吴凤芝, 周新刚. 活性炭对土壤酶活性及黄瓜幼苗生长的影响 [J]. 新疆农业科学, 2014, 51(6):1154−1161. GAO D M, WU F Z, ZHOU X G. Effects of activated carbon on soil enzyme activities and cucumber seeding growth [J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2014, 51(6): 1154−1161.(in Chinese)
[21] WANG F L, WANG X X, SONG N N. Biochar and vermicompost improve the soil properties and the yield and quality of cucumber (Cucumis sativus L. ) grown in plastic shed soil continuously cropped for different years [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2021, 315: 107425.
[22] 周冉冉, 马司光, 张文晶, 等. 生物炭与生物基质对设施黄瓜连作土壤改良效果研究 [J]. 江西农业大学学报, 2021, 43(3):537−546. ZHOU R R, MA S G, ZHANG W J, et al. The effect of biochar and biological substrate on soil amending under protected cucumber continuous cropping [J]. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2021, 43(3): 537−546.(in Chinese)
[23] 王雪玉, 刘金泉, 胡云, 等. 生物炭对黄瓜根际土壤细菌丰度、速效养分含量及酶活性的影响 [J]. 核农学报, 2018, 32(2):370−376. WANG X Y, LIU J Q, HU Y, et al. Effect of biochar on microorganism, nutrient content and enzyme activity of cucumber rhizosphere soil [J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2018, 32(2): 370−376.(in Chinese)
[24] QUILLIAM R S, MARSDEN K A, GERTLER C, et al. Nutrient dynamics, microbial growth and weed emergence in biochar amended soil are influenced by time since application and reapplication rate [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 158: 192−199.
[25] 张清梅, 刘金泉, 李明, 等. 生物炭对黄瓜根际土壤养分和酶活性的影响 [J]. 北方园艺, 2017(19):131−136. ZHANG Q M, LIU J Q, LI M, et al. Effect of biological carbon on soil nutrient and enzyme activity of facility cucumber [J]. Northern Horticulture, 2017(19): 131−136.(in Chinese)
[26] KLOSS S, ZEHETNER F, WIMMER B, et al. Biochar application to temperate soils: Effects on soil fertility and crop growth under greenhouse conditions [J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2014, 177(1): 3−15. DOI: 10.1002/jpln.201200282
[27] 程效义, 兰宇, 任晓峰, 等. 生物炭对连作设施土壤酶活性及黄瓜根系性状的影响 [J]. 沈阳农业大学学报, 2017, 48(4):418−423. CHENG X Y, LAN Y, REN X F, et al. Effects of biochar on enzymatic activities and root characteristics of cucumber in continuous cropping soil of greenhouse [J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 2017, 48(4): 418−423.(in Chinese)
[28] 杨焕焕, 李茂森, 王丽渊, 等. 生物炭对烤烟成熟期土壤养分及根际细菌群落结构的影响 [J]. 华中农业大学学报, 2021, 40(5):62−71. YANG H H, LI M S, WANG L Y, et al. Effects of biochar on soil nutrients and rhizosphere bacterial community structure of flue-cured tobacco at maturity stage [J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 2021, 40(5): 62−71.(in Chinese)
[29] 胡云, 李明, 李登明, 等. 秸秆覆盖还田对黄瓜土壤碳氮比和微生物的影响 [J]. 北方园艺, 2016(19):180−183. HU Y, LI M, LI D M, et al. Effect of straw coverage on C/N and microorganisms of cucumber soil [J]. Northern Horticulture, 2016(19): 180−183.(in Chinese)
[30] 顾美英, 唐光木, 刘洪亮,等. 施用棉秆炭对新疆连作棉花根际土壤微生物群落结构和功能的影响 [J]. 应用生态学报, 2016, 27(01):173−181. GU M Y, TANG G M, LIU H L, et al. Effects of cotton stalk biochar on microbial community structure and function of continuous cropping cotton rhizosphere soil in Xinjiang, China [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(01): 173−181.(in Chinese)
-
期刊类型引用(3)
1. 高建昊，戴子淙，张小杰，周天旺，王春明，洪流，郭成. 甘肃省玉米大斑病菌交配型组成及遗传多样性分析. 西北农业学报. 2024(04): 736-743 . 
百度学术
2. 代玉立，甘林，刘晓菲，兰成忠，杨秀娟. 福建省玉米大斑病菌对吡唑醚菌酯不同敏感性菌株的遗传多样性与群体遗传结构分析. 农业生物技术学报. 2023(03): 603-616 . 百度学术
3. 代玉立，甘林，滕振勇，陈伟，卢学松，杨秀娟. 鲜食玉米大斑病经济阈值及品种抗性分级标准. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2021(04): 71-80 . 百度学术
其他类型引用(3)
下载:
计量
- 文章访问数: 530
- HTML全文浏览量: 213
- PDF下载量: 27
- 被引次数: 6
