收藏本站
《西北农林科技大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

豆科植物根际和根瘤内生细菌群落结构、变化规律及其影响因素研究

肖潇  
【摘要】:土壤微生物是土壤生态环境中重要的物质和能量转换者,对植物生长具有至关重要的作用。土壤微生物从土壤进入豆科植物根际和根内乃至根瘤组织内,形成根际微生物和内生菌,在这个过程中,微生物群落的结构、变化规律及其影响因素仍不清楚。本文针对豆科植物共生固氮体系,利用高通量测序技术,分析了豆科植物根系由外到内:根区微生物群落、根际微生物、根内生菌和根瘤内生菌群落构成,以及与环境因子的关系;探索了根瘤内生菌的富集过程;分析了根际微生物群落与植物生物量的相关性;最后利用分根试验探究豆科植物对根际微生物群落的影响。得到结果如下:通过对大豆和苜蓿根瘤内生菌群落组成和结构的分析,发现Ensifer和Bradyrhizobium是大豆根瘤内生菌群落的主要类群,Ensifer是苜蓿根瘤内生菌的主要类群,在根瘤内还检测到少量Rhizobium和Mesorhizobium。除根瘤菌外,根瘤内还存在多种非根瘤菌的内生菌,主要属于变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门。通过微生物群落的相似性分析,发现非根瘤菌的根瘤内生菌与根内生菌群落结构之间有显著差异。通过置换多元方差分析和限制性主坐标分析发现,对于根瘤菌群落,最主要影响因子是植物种类,其次是土壤氮含量、pH和时期;对于非根瘤菌的根瘤内生菌群落,最主要影响因素是植物种类,其次是土壤氮和磷含量,时期对其并无显著影响。通过对大豆和苜蓿根区、根际、根内和根瘤这四个微域及空白土壤的微生物群落组成及结构的分析,发现这四个微域的微生物群落组成之间有显著差异,并借助这四个微域在空间上形成从外到内的结构变化,发现植物对土壤微生物表现出从外到内的逐渐增强的层级过滤作用(根瘤根根际根区),且过滤作用从根区开始。土壤类型对根际部位微生物群落结构的影响从外到内逐渐减小,植物种类对根际部位微生物群落结构的影响从外到内逐渐增大。通过对大豆和苜蓿根际微生物群落及环境因子的分析,发现土壤pH、磷含量和钾含量对根际微生物群落结构有显著影响。结合植物生物量分析,发现根际微生物的群落组成和结构对植物生物量有显著影响,其中Paracraurococcus、Treponema、Actinomadura、Actinopolymorpha、Desulfitobacterium和Nonomuraea与大豆生物量显著正相关;Ensifer、Thermobacillus、Acetivibrio、Pandoraea、Marmoricola、Rhodococcus、Gordonia、Turicibacter、Pimelobacter、Filifactor、Nocardioides、Frateuria和Aestuariimicrobium与苜蓿生物量显著正相关。与大豆植物生物量相关的微生物群落结构受到土壤pH、磷含量和钾含量的显著影响,与苜蓿植物生物量相关的微生物群落结构受到土壤pH和钾含量的显著影响。结果说明土壤因子不仅影响整个根际微生物群落构成,还影响根际促生菌的群落结构。利用分根试验体系对同时种植在两种土壤中的菜豆根际微生物群落结构进行分析,发现植物在同时感应到两种土壤条件时,土壤类型造成的根际微生物群落的差异变小,两种土壤中的根际微生物群落组成和结构表现出趋同性。趋同性在江西土壤中主要表现在变形菌门、浮霉菌门、拟杆菌门和放线菌门;在陕西土壤中主要表现在变形菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门。在植物同时感应到两种土壤后,亚硝酸盐氧化菌、Ensifer和Mesorhizobium的相对丰度显著下降,Bradyrhizobium的相对丰度显著上升。本研究揭示了豆科植物根瘤内存在根瘤菌和多种内生细菌,这些内生菌的富集是植物通过根区、根际和根对土壤微生物的层级过滤作用实现的,我们发现植物生物量受到根际微生物群落组成和结构的显著影响,并且发现分根试验中种植在不同土壤中的豆科植物根际微生物群落结构有趋同性。
【关键词】:豆科植物 根瘤内生菌 根际微生物 根际促生菌 分根试验
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q948.122
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-13
  • 第一章 文献综述13-32
  • 1.1 引言13
  • 1.2 豆科植物根瘤内微生物13-15
  • 1.2.1 根瘤13-14
  • 1.2.2 根瘤内微生物群落构成14-15
  • 1.3 植物根际微生物生态15-18
  • 1.3.1 根际微生物15-16
  • 1.3.2 影响根际微生物的因素16-18
  • 1.3.3 根际微生物群落的多维性18
  • 1.4 根际微生物与植物生长18-23
  • 1.4.1 植物与微生物的地下相互作用18-20
  • 1.4.2 地上与地下的相互作用20-21
  • 1.4.3 根际对地球生物化学循环的影响21-23
  • 1.5 测序技术与微生物群落生态23-28
  • 1.5.1 高通量测序技术23-25
  • 1.5.2 三代测序技术25-26
  • 1.5.3 高通量测序技术在植物相关微生物群落研究中的应用26-28
  • 1.6 微生物群落的网络分析28-29
  • 1.7 本研究立题依据和研究意义29-32
  • 第二章 豆科植物根瘤内生菌的多样性及其与环境因子的相互作用32-52
  • 2.1 引言32
  • 2.2 试验方法32-35
  • 2.2.1 土壤样品采集32-33
  • 2.2.2 植物种植33
  • 2.2.3 取样方法33-34
  • 2.2.4 样品准备和总DNA提取34-35
  • 2.2.5 16S rRNA测序和分析35
  • 2.2.6 数据分析35
  • 2.3 结果与分析35-49
  • 2.3.1 土壤理化性质35-36
  • 2.3.2 测序质量及alpha多样性分析36-38
  • 2.3.3 根瘤内生菌的组成38-42
  • 2.3.4 环境因子对根瘤内生菌的影响42-45
  • 2.3.5 根瘤内生菌在属水平随环境因子的变化45-49
  • 2.4 讨论49-52
  • 2.4.1 根瘤内生菌的构成49-50
  • 2.4.2 根瘤菌和非共生根瘤内生菌群落与环境因子的关系50-52
  • 第三章 豆科植物根瘤内生菌的富集过程52-69
  • 3.1 引言52
  • 3.2 试验方法52-53
  • 3.2.1 样品准备和总DNA提取52-53
  • 3.2.2 16S rRNA测序以及数据分析53
  • 3.3 结果与分析53-65
  • 3.3.1 微生物群落的alpha多样性对环境因子的响应53-58
  • 3.3.2 微生物群落组成对于环境因子的响应58-63
  • 3.3.3 不同根际部位微生物群落的变化63-65
  • 3.3.4 不同根际部位微生物群落的共发生网络65
  • 3.4 讨论65-69
  • 第四章 豆科植物根际促生菌与土壤因子的关系69-96
  • 4.1 引言69-70
  • 4.2 试验方法70-71
  • 4.2.1 取样策略以及数据采集70
  • 4.2.2 数据分析70-71
  • 4.3 结果与分析71-91
  • 4.3.1 植物生长状况71-73
  • 4.3.2 根际微生物群落对环境因子的响应73-77
  • 4.3.3 属水平根际微生物对植物种类的响应77
  • 4.3.4 土壤因子对根际微生物的影响77-83
  • 4.3.5 植物生物量与环境因子的关系83-85
  • 4.3.6 根际微生物与植物生长的关系85-91
  • 4.4 讨论91-96
  • 4.4.1 根际微生物对植物生物量的影响92-94
  • 4.4.2 环境因子对根际微生物的影响94-96
  • 第五章 分根试验中植物长距离信号交流对豆科植物根际微生物群落结构的影响96-117
  • 5.1 引言96
  • 5.2 试验方法96-98
  • 5.2.1 土壤采集96
  • 5.2.2 植物种植以及样品收集96-97
  • 5.2.3 总DNA提取97-98
  • 5.2.4 测序及数据分析98
  • 5.3 结果与分析98-114
  • 5.3.1 根际微生物群落的主要构成及alpha多样性分析98-105
  • 5.3.2 土壤类型和种植方式对根际微生物群落结构的影响105-107
  • 5.3.3 分根试验中根际微生物群落的变化107-110
  • 5.3.4 种植方式对氮循环相关微生物丰度的影响110-114
  • 5.4 讨论114-117
  • 5.4.1 分根试验引起根际微生物群落结构的变化114-115
  • 5.4.2 趋同作用对根际微生物组成的影响115-117
  • 第六章 结论与创新点117-119
  • 6.1 结论117-118
  • 6.2 创新点118-119
  • 参考文献119-145
  • 附录145-147
  • 致谢147-148
  • 作者简介148

中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026