有益微生物对根际微生态的影响

【摘要】至2050年,全球人口将达到90亿。如何养活如此庞大的人口,我们赖以生存的土壤的可持续性利用将至关重要。随着人口与资源环境的矛盾日益突出,土壤退化,包括酸化和瘠薄化已经成为全球性的重大问题。土壤微生物作为土壤结构、营养和肥力建成最重要和活跃的生物因素,通过对土壤微生态的影响改变着土壤的肥力水平,一直以来是土壤可持续性利用研究的热点。本试验着眼于土壤微生态,采用传统分析和分子生物学手段,研究有益微生物对根际微生物群落的生态影响,以期为有益微生物菌肥评价提供参考,为土壤可持续利用提供方法和理论依据。本研究选择葛藤、紫花苜蓿及其耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌作为研究对象,研究了耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌在酸胁迫下的生长和对根际微生态的影响,在酸性环境下耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌产生的碱性物质,以及菌肥对青稞根际土壤理化性质和微生物群落的影响。通过研究,取得了以下结果：(1)葛藤和苜蓿根瘤菌菌株16SrDNA序列为1345～1380bp,葛藤根瘤菌068、389、390、021和Rhizobium构成一个分支,并与该属各种的相似性分别为99.35%(Rhizobiumlusitanum)、98.46%(Rhizobium),98.24%(Rhizobium)、98.54%(Rhizobium)。苜蓿根瘤菌3、4、5、8和Sinorhizobium构成一个分支,并与苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)具有较高的同源性,其相似性分别为98.83%、99.20%、98.61%、98.99%。(2)葛藤和苜蓿根瘤菌在不同酸度下生长曲线的测定结果表明,酸显著降低根瘤菌的生长速率,使其生长延滞期增长,对数生长期滞后,稳定期延迟。葛藤根瘤菌均能在pH4.6及以上的液体培养基中生长,苜蓿根瘤菌均能在pH5.0及以上的液体培养基中生长,说明在低酸条件下,耐酸苜蓿根瘤菌在其耐受酸度范围内经过较长的延滞期后仍然能够较快地生长。(3)酸显著降低葛藤和苜蓿根毛变形率,随着pH降低,根毛变形率逐渐降低。中性(pH7.0)和酸性(pH4.8)条件下,接种根瘤菌可提高根毛变形率。酸显著降低葛藤和苜蓿根系活力,随着pH降低,根系活力逐渐降低。接种耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌提高了根系活力。在中性和酸性条件下接种耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌均分别能使葛藤和紫花苜蓿结瘤,但中性条件处理的结瘤数显著高于pH4.8的处理p<0.05)。酸性条件下,葛藤和紫花苜蓿会表现出延迟结瘤。接种耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌处理均可使营养液pH升高,如接种耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌处理的营养液pH均从pH4.8升至pH7.5左右。中性和酸性条件下接种葛藤、苜蓿根瘤菌对葛藤、苜蓿植株鲜重、地上部鲜重、根鲜重、株高、瘤鲜重和植株全氮含量的影响显著。说明在酸性环境中,环境pH是影响苜蓿产量和品质的主要因子,接种高效耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌、选择优良的葛藤、苜蓿植株品种可以在一定程度上降低环境pH对苜蓿生长的负效应。(4)接种耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌处理提高了根际土壤中细菌、真菌、放线菌和根瘤菌,且优于不接种的处理。接种葛藤和苜蓿根瘤菌后,根际土壤土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性都有显著提高,并增加了微生物量碳、氮和土壤呼吸强度。接种耐酸葛藤和苜蓿根瘤菌处理增加了根际土壤中细菌PLFA绝对含量、革兰氏阴性菌PLFA绝对含量、革兰氏阳性菌PLFA绝对含量、真菌PLFA绝对含量和放线菌PLFA绝对含量,且显著优于不接种处理。耐酸苜蓿根瘤菌对酸性土中土壤的养分状况有所改善,提高土壤肥力。(5)薄层层析(TLC)和试管显色反应表明葛藤菌株068和苜蓿菌株5在培养过程中能产生生物碱类物质。根瘤菌低浓度促进种子萌发和根长的生长,高浓度抑制种子萌发和根长的生长。(6)应用化学分析、聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术和DNA测序技术,研究了西藏棕色砂壤土中微生物肥料不同施用量和施用期对青稞根际土壤理化性质和细菌群落多样性的影响。结果表明,施用谷特菌肥能显著提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的水平,如播前施用菌肥浓度750mlhm-2的处理较不施用菌肥的处理上述指标分别提高13.32%、28.42%、16.20%、9.81%、21.36%、39.35%和30.48%,拔节期施用菌肥浓度2250mlhm”2的处理较不施用菌肥的处理分别提高7.25%、29.35%、18.04%、12.86%、15.90%、43.27%和53.99%。DGGE分析表明,相同施用方式中不同施用量土样中微生物的DGGE图谱相似。非加权组平均法(UPGMA)聚类分析将DGGE图谱分为2大类群。Shannon指数表明,施用菌肥的土壤细菌多样性先增加后逐渐降低,播前以喷施谷特菌浓度750mlhm-2时的细菌多样性最高；拔节期则以喷施谷特菌浓度2250mlhm-2处理的细菌多样性最高,且两种施用方式的土壤养分的释放与Shannon指数的变化规律均为播前>拔节期。测序结果表明,不同施肥浓度土样微生物种群分布较为广泛,其中Actinobacteria纲细菌种类略多,少数菌种为未经培养菌种(Unculturedbacterium)。典型对应分析(CCA)表明,DGGE图谱条带分布与土壤理化性质密切相关,碱解氮、全磷和全氮是影响微生物群落的主要环境因子。研究结果表明,施用谷特菌肥可明显改善青稞根际土壤理化性状,提高土壤细菌多样性。
【作者】朱丹；
【导师】张磊；
【作者基本信息】西南大学，微生物学，2014，硕士
【副题名】以耐酸葛藤、苜蓿根瘤菌和秦青稞菌肥为例
【关键词】酸胁迫；耐酸葛藤根瘤菌；耐酸苜蓿根瘤菌；菌肥；根际微生态；

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