生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際土壤、微生物群落和果實品質(zhì)的影響

摘要：以湖北省地方特色資源桃葉橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Taoye Cheng）為材料，設置生草栽培和清耕栽培2個處理，解析生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際土壤、微生物群落和果實品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，生草栽培的桃葉橙根際土壤有機質(zhì)含量比清耕栽培提高了23.53%；在土壤營養(yǎng)元素方面，生草栽培桃葉橙根際土壤的磷、鉀、鈣、硼和鋅含量均顯著高于清耕栽培，而氮、鎂和錳含量均顯著低于清耕栽培。生草栽培的桃葉橙根際微生物群落多樣性及豐度均顯著高于清耕栽培，說明生草栽培能夠有效豐富桃葉橙根際的微生物群落。生草栽培能夠促進桃葉橙果實的生長和維生素C的合成。相關(guān)性分析表明，桃葉橙果實的橫徑、縱徑、單果重和維生素C含量均與RB41、Pseudomonas呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：生草栽培；清耕栽培；桃葉橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Taoye Cheng）；根際土壤；微生物群落；果實品質(zhì)

中圖分類號：S666" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）12-0125-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.12.023 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

The effects of grass cultivation and clearing cultivation on the rhizosphere soil， microbial community， and fruit quality of Taoye Cheng

PAN Ying-an1，2， SONG Fang2， WANG Ce2， ZHOU Dai-nian3， FAN Shu-yun4，

JIANG Ying-chun2， WU Li-ming2， PAN Zhi-yong1

（1. College of Horticulture and Forestry Sciences/National Key Laboratory of Germplasm Innovation and Utilization of Fruit and Vegetable Horticultural Crops，" Huazhong Agricultural University，Wuhan" 430070， China；2. Fruit Tree and Tea Research Institute/Hubei Key Laboratory of Fruit Tree Germplasm Innovation and Utilization，Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhannbsp; 430064， China；3.Zhijiang Juyuan Citrus Professional Cooperative， Zhijiang" 443201，Hubei，China；4.Agricultural Technology Extension Service Center in Shigu Town， Danjiangkou City， Danjiangkou 442705，Hubei，China）

Abstract： This study used the local characteristic resource Taoye Cheng（Citrus sinensis Osbeck cv.Taoye Cheng） in Hubei Province as the material， and set up two treatments of grass cultivation and clearing cultivation to analyze the effects of grass cultivation and clearing cultivation on the rhizosphere soil， microbial community， and fruit quality of Taoye Cheng. The results showed that the organic matter content in the rhizosphere soil of Taoye Cheng cultivated with grass was 23.53% higher than that of clearing cultivation；in terms of soil nutrients， the content of phosphorus， potassium， calcium， boron， and zinc in the rhizosphere soil of Taoye Cheng cultivated with grass was significantly higher than that of clearing cultivation， while the content of nitrogen， magnesium， and manganese was significantly lower than that of clearing cultivation. The diversity and abundance of the rhizosphere microbial community of Taoye Cheng cultivated with grass were significantly higher than those of clearing cultivation， indicating that grass cultivation could effectively enrich the microbial community of Taoye Cheng rhizosphere. Grass cultivation could promote the growth of Taoye Cheng fruit and the synthesis of vitamin C. Correlation analysis showed that the transverse and longitudinal diameters， single fruit weight， and vitamin C content of the fruit of Taoye Cheng were significantly positively correlated with RB41 and Pseudomonas.

Key words： grass cultivation； clearing cultivation； Taoye Cheng； rhizosphere soil； microbial community； fruit quality

收稿日期：2024-09-23

基金項目：湖北省重點研發(fā)計劃項目（2022BBA153；2022BBA0029）；湖北省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目（2022ABC006）；湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心資助項目（2024-620-000-001-023）

作者簡介：潘瑩安（1999-），男，福建仙游人，在讀碩士研究生，研究方向為柑橘根際微生物與果實品質(zhì)，（電話）17386155211（電子信箱）17386155211@163.com；通信作者， 吳黎明（1979-），男，湖南郴州人，研究員，主要從事柑橘育種與栽培研究，（電子信箱）wuliming2005＠126.com；共同通信作者， 潘志勇（1982-），男，湖南武岡人，教授，主要從事植物（柑橘）菌根共生分子機制研究，（電子信箱）zypan@mail.hzau.edu.cn。

近年來，中國柑橘（Citrus reticulata Blanco）產(chǎn)業(yè)一直保持穩(wěn)定增長，柑橘栽培面積和產(chǎn)量不斷增長［1］。湖北省是柑橘生產(chǎn)大省，柑橘種植面積為" " "2 430 km2，產(chǎn)量為570.9萬t，分別位列全國第六位、第三位，占全省水果種植總面積的59%、總產(chǎn)量的70%，是湖北省三峽庫區(qū)和山區(qū)人們鞏固脫貧攻堅成果和推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要農(nóng)業(yè)支柱經(jīng)濟。

柑橘園栽培管理中采用的栽培模式為清耕和生草，長期清耕導致果園土壤肥力下降、生物多樣性降低、果實品質(zhì)下降、生理性病果增加等嚴重問題。生草栽培是指在果園行間或全園自然生草或人工種植三葉草、黑麥草、光葉苕子等草本植物的栽培管理措施［2］。生草栽培可以改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)，增強土壤的通氣性和保水性，促進根系健康生長和營養(yǎng)元素的吸收，進而提高果實品質(zhì)［3-5］。根際微生物群落在植物健康和生產(chǎn)力中起著關(guān)鍵作用，生草栽培通過增加土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分供應，豐富根際微生物的多樣性［6］。在柑橘中，生草栽培可以增加叢枝菌根真菌（AMF）的豐度，幫助植物吸收土壤中的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，從而促進柑橘植株的生長發(fā)育［7，8］。然而，生草栽培對柑橘根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響還鮮有報道。 因此，本研究通過擴增子測序和生理檢測的方法探究生草栽培對柑橘根際微生物群落結(jié)構(gòu)和果實品質(zhì)的影響，并解析根際微生物與果實品質(zhì)的相關(guān)性，對指導柑橘產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量生產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

桃葉橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Taoye Cheng）果實和根際土壤采自湖北省秭歸縣。在清耕和生草栽培條件下，分別選擇3株10年生桃葉橙，在10～20 cm土層處進行柑橘根際土壤樣品的采集，采收當天運至實驗室，用于土壤理化性質(zhì)測定和微生物群落組成測定。果實成熟時期，每株采摘不同部位大小適中、無明顯損傷的5個果實進行試驗，采收當天運至實驗室，用于果實品質(zhì)的測定。

1.2 生理指標測定

1）單果重、果皮厚、橫徑和縱徑測定。果皮厚、橫徑和縱徑用游標卡尺測量；單果重用千分之一天平稱重。

2）可溶性固形物含量。剝?nèi)スぃ诠麑嵉牟煌轿蝗?～5瓣，將果肉研磨成果汁，用手持糖酸儀測定，每次測定前調(diào)零并潤洗3次，平行檢測3次求平均值。

3）可滴定酸含量。用酸堿中和滴定法測定［9］，平行檢測3次，求平均值。

4）維生素C含量。用 2，6-二氯靛酚滴定法測定［10］，平行檢測3次，求平均值。

1.3 土壤元素測定

取2 g根際土壤樣品，使用MIII溶液提取后，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES，德國Finnigan MAT公司）測定磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、鐵（Fe）、錳（Mn）、硼（B）、銅（Cu）和鋅（Zn）等營養(yǎng)元素的濃度［11］。氮（N）元素使用元素分析儀（Vario MACRO，德國Elementar公司）進行檢測［12］。

1.4 統(tǒng)計分析

顯著性分析及相關(guān)性分析采用 SPSS 25.0 軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際土壤理化性質(zhì)及肥力指數(shù)的影響

由表1可知，與清耕栽培相比，生草栽培桃葉橙根際土壤的有機質(zhì)含量提高了23.53%。在土壤營養(yǎng)元素方面，生草栽培桃葉橙根際土壤的磷、鉀、鈣、硼和鋅含量均顯著高于清耕栽培，而氮、鎂和錳含量均顯著低于清耕栽培。

2.2 生草栽培和清耕栽培條件下桃葉橙根際微生物群落情況

通過16S V3-V4區(qū)段擴增子測序的方法分別從清耕栽培和生草栽培的桃葉橙根際土壤樣本中鑒定到5 623和6 269個細菌OTUs，其中1 786個細菌OTUs是生草栽培和清耕栽培條件下共有的，清耕栽培和生草栽培的桃葉橙根際土壤各有3 837和4 483個特有的OTUs（圖1）。

2.3 生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際微生物群落多樣性和豐富度的影響

為研究生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際微生物群落多樣性及豐度的影響，分別計算了生草栽培和清耕栽培的桃葉橙根際微生物群落的α多樣性指數(shù)，其中辛普森指數(shù)Simpson Index和香農(nóng)指數(shù)Shannon Index用于反映微生物群落的多樣性，Observed species指數(shù)和Chao1指數(shù)用于反映微生物群落豐度。由圖2可知，生草栽培的桃葉橙根際微生物群落多樣性及豐度均顯著高于清耕栽培，說明生草栽培能有效豐富桃葉橙根際的微生物群落。

2.4 生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

為進一步研究生草栽培和清耕栽培對桃葉橙根際微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，計算樣品間的Bray-Curtis距離指標，并依據(jù)樣品間的距離矩陣進行PCoA分析。由圖3可知，所有樣品在PCo1維度上分為生草栽培和清耕栽培2個組，能夠解析47.6%的差異，說明生草栽培能夠顯著影響桃葉橙根際微生物群落結(jié)構(gòu)。

由表2可知，在屬水平上，生草栽培桃葉橙根際土壤的RB41和Pseudomonas的相對豐度顯著大于清耕栽培。清耕栽培桃葉橙根際土壤Nocardioides、Cupriavidus的相對豐度均顯著大于生草栽培。

2.5 生草栽培和清耕栽培對桃葉橙果實品質(zhì)的影響

生草栽培桃葉橙果實橫徑、縱徑、單果重和維生素C含量均顯著大于清耕栽培，說明生草栽培能夠促進桃葉橙果實的生長和維生素C的合成（表3）。

2.6 桃葉橙根際微生物群落與果實品質(zhì)之間的相關(guān)性分析

為明確桃葉橙根際微生物群落與果實品質(zhì)間的關(guān)系，對根際微生物優(yōu)勢菌屬和品質(zhì)參數(shù)進行相關(guān)性分析。由表4可知，桃葉橙果實的橫徑與RB41、Pseudomonas呈顯著正相關(guān)，與Cupriavidus呈顯著負相關(guān)。果實的縱徑與RB41、Pseudomonas呈顯著正相關(guān)，與Nocardioides、Cupriavidus呈顯著負相關(guān)。果實的果重與RB41、Pseudomonas呈顯著正相關(guān)，與Nocardioides、Cupriavidus呈顯著負相關(guān)?？扇苄怨绦挝锖颗cBacillus呈顯著正相關(guān)。維生素C含量與RB41和Pseudomonas呈顯著正相關(guān)，與Nocardioides和Cupriavidus呈顯著負相關(guān)。

3 小結(jié)與討論

生草栽培可以改善果園土壤理化性質(zhì)，豐富土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，進而促進果樹營養(yǎng)吸收［13］。生草栽培的枇杷園土壤肥力顯著高于清耕栽培，有機質(zhì)含量比清耕園提高了22.4%［14］。同時，生草栽培能顯著提高果樹氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收，進而改善果實品質(zhì)［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，生草栽培的桃葉橙根際土壤有機質(zhì)含量比清耕栽培提高了23.53%，與前人對梨、枇杷等樹種的研究結(jié)果一致［14，15］。本研究還發(fā)現(xiàn)，生草栽培的桃葉橙根際土壤中磷、鉀、鈣、鋅等營養(yǎng)元素的含量顯著升高，該結(jié)果與枇杷園種植黑麥草的結(jié)果一致［14］。生草栽培顯著提高了椪柑中磷、鉀的含量，與本研究的結(jié)果基本一致，但其對氮未進行檢測［5］。本研究中氮元素含量顯著降低，推測可能是生草與桃葉橙之間存在氮素競爭，因此在實際栽培過程中應注意在生草果園的行間適當補充氮肥。根際土壤是植物根系表面、受植物根系活動直接影響的微域環(huán)境，是植物與土壤進行養(yǎng)分交換和信息傳導的平臺，根際微生物群落在養(yǎng)分循環(huán)等生物化學反應中發(fā)揮重要功能［16］。本研究中生草栽培的桃葉橙根際土壤微生物群落豐度和多樣性均顯著高于清耕栽培，與對蘋果研究的結(jié)果一致［17］。因此，生草栽培可能通過增加桃葉橙根際微生物的群落豐度和多樣性增強根際微生物在碳利用和養(yǎng)分循環(huán)中的功能，進而提高桃葉橙根際土壤的養(yǎng)分含量。

生草栽培可通過改善果園微生態(tài)環(huán)境，促進果樹的生長發(fā)育和營養(yǎng)吸收，進而提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)［13］。余明楊等［15］的研究表明，生草栽培可以改善庫爾勒香梨的品質(zhì)，單果重、可溶性固形物含量、維生素C含量、糖酸比均顯著提高。本研究發(fā)現(xiàn)，生草栽培的桃葉橙果實橫徑、縱徑、單果重和維生素C含量均顯著高于清耕栽培，說明生草栽培能夠有效提高桃葉橙的產(chǎn)量和品質(zhì)。陳泉等［18］對塔羅科血橙果實發(fā)育時期進行動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)果實膨大期至成熟期需補充P、K肥和Ca、Mg、Cu、Zn等微肥。因此，生草栽培可能通過提高磷、鉀、鈣、鋅等營養(yǎng)元素的含量來促進桃葉橙果實的發(fā)育，進而提高桃葉橙的產(chǎn)量。本研究還發(fā)現(xiàn)，桃葉橙果實的橫徑、縱徑、單果重和維生素C含量均與RB41、Pseudomonas呈顯著正相關(guān)。緩生根瘤菌屬、酸桿菌屬RB41和鏈霉菌共同通過細菌生產(chǎn)力和呼吸作用構(gòu)成了45%～57%的碳流［19］，Pseudomonas則能夠增強植物對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收［20］。因此，生草栽培可能通過改變桃葉橙根際微生物的群落結(jié)構(gòu)，從而影響根際養(yǎng)分循環(huán)和植株對養(yǎng)分的吸收能力，進而提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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