【摘要】：氮循環(huán)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境息息相關(guān),人類通過對(duì)農(nóng)業(yè)土壤施入氮肥來增加作物產(chǎn)量,但與此同時(shí),氮肥的流失又破壞了氮原有的平衡,進(jìn)而導(dǎo)致全球的環(huán)境問題。大量研究表明自然界的氮循環(huán)主要是由微生物介導(dǎo)的。固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程稱為固氮作用,固氮微生物廣泛存在于自然界,可以分為自生固氮微生物、共生固氮微生物和聯(lián)合固氮微生物。硝化反應(yīng)直接利用銨態(tài)氮(NH_4~+)作為底物,是氮循環(huán)的中心環(huán)節(jié),是細(xì)菌和古菌共同參與的生物過程,由兩類共生微生物(氨氧化微生物和亞硝酸鹽氧化微生物)介導(dǎo)。水稻和玉米是重要的糧食作物,也是具有獨(dú)特性質(zhì)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。根際在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色,是土壤介質(zhì)、植物和微生物交互作用的微界面,也是物質(zhì)和能量交換的區(qū)域,更是土壤微生物最活躍的地帶。玉米根際環(huán)境有利于聯(lián)合固氮菌的生長(zhǎng),固氮菌Pseudomonas stutzeri A1501最初分離自水稻根際,屬于植物根際促生細(xì)菌(PGPR),但是在玉米根際的定殖及固氮能力還未知。因此我們首次在溫室條件下將該固氮菌接種到玉米根際,結(jié)合水培條件和掃描電子顯微鏡觀察其在根部的定殖效率,并利用15N同位素稀釋方法定量玉米體內(nèi)通過生物固氮途徑來源氮的百分含量。另一方面,盡管PGPR接種對(duì)植物具有促生效應(yīng),但是接種對(duì)土壤及根際微生物群落影響的研究報(bào)道甚少,其中的微生物機(jī)理也存在疑問。水分是玉米生長(zhǎng)的限制性因子,干旱條件下玉米根際微生物群落及活性的響應(yīng)也是研究的熱點(diǎn)。因此我們通過玉米盆栽的方式考察不同水分管理措施下接種固氮菌P. stutzeri A1501對(duì)玉米根際微生物群落及活性的影響。水稻土不同的物理化學(xué)特性使一系列氧化還原過程在根際反復(fù)循環(huán)發(fā)生。早期的研究大多集中于對(duì)水稻土中硝化微生物(主要是氨氧化微生物)的群落多樣性,以及環(huán)境因子對(duì)硝化活性的影響等問題上,未從微生物的生理生態(tài)尤其是數(shù)量及活性變化的水平上來闡述。本文以我國(guó)典型的水稻土作為研究材料,通過培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究氧氣濃度對(duì)水稻土根際硝化作用及相關(guān)微生物群落和活性的影響,為深入了解氮循環(huán)關(guān)鍵微生物的作用機(jī)理和提高氮肥利用效率提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：首先,通過掃描電鏡觀察結(jié)合平板計(jì)數(shù),發(fā)現(xiàn)其能在玉米根際定殖；利用15N同位素稀釋技術(shù)測(cè)定干旱和水分充足條件下接種固氮菌P. stutzeri A1501對(duì)玉米生物固氮的貢獻(xiàn)率分別為20.1%和31.6%,對(duì)應(yīng)的固氮量分別為0.28和0.81克氮每株玉米。相當(dāng)于減少農(nóng)田實(shí)際施肥量分別是14%(干旱條件下)和40%(正常水分條件下),具有潛在的部分替代化肥的作用。第二,通過考察不同水分條件下和固氮菌P. stutzeri A1501接種對(duì)玉米根際微生物氮循環(huán)關(guān)鍵功能微生物群落結(jié)構(gòu)、種群數(shù)量和轉(zhuǎn)錄活性的影響,結(jié)果表明不同玉米土壤區(qū)域的細(xì)菌和古菌數(shù)量均表現(xiàn)不同,固氮菌更多地存在于根際土中,而氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌在表層土中數(shù)量更高；同時(shí)不同玉米土壤區(qū)域的固氮菌轉(zhuǎn)錄活性、氨氧化細(xì)菌和古菌的轉(zhuǎn)錄活性均表現(xiàn)不同,且氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄活性要大于固氮菌轉(zhuǎn)錄活性；不同玉米土壤區(qū)域的細(xì)菌和固氮菌群落多樣性也表現(xiàn)出差異,表明不同土壤區(qū)域(生態(tài)位)是影響土壤微生物及氮循環(huán)關(guān)鍵功能微生物最主要的因素。水分管理措施顯著影響了玉米的生長(zhǎng),水分充足時(shí)玉米生長(zhǎng)量更高,但是不同水分處理未影響土壤和根際的微生物群落結(jié)構(gòu)；然而水分管理措施影響了根際土中細(xì)菌和古菌的數(shù)量,同時(shí)對(duì)固氮菌、氨氧化細(xì)菌和古菌的轉(zhuǎn)錄拷貝數(shù)都有顯著影響。固氮菌P. stutzeri A1501接種影響了根際土中固氮菌的轉(zhuǎn)錄拷貝量,同時(shí)對(duì)根際土中細(xì)菌及固氮菌群落結(jié)構(gòu)也有顯著影響；但是固氮菌P. stutzeri A1501接種對(duì)細(xì)菌和古菌群體數(shù)量的影響不顯著。最后,利用水稻土壤和根系樣品進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),設(shè)立不同氧氣濃度,結(jié)果表明低氧氣濃度顯著降低了土壤的硝化反應(yīng)速率。在土壤中,高濃度氧氣濃度下氨氧化細(xì)菌的數(shù)量和轉(zhuǎn)錄活性都顯著高于低氧氣濃度,表現(xiàn)為其數(shù)量的上升和轉(zhuǎn)錄活性的增加,而氨氧化古菌可能在低氧氣濃度下仍然表現(xiàn)出活性。氧氣濃度同樣影響了Nitrospira屬和Nitrobacter屬亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的數(shù)量,以及Nitrobacter屬亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄活性。相關(guān)性分析表明氧氣充足時(shí),培養(yǎng)過程中硝化速率的變化和氨氧化細(xì)菌及Nitrobacter屬亞硝酸鹽氧化細(xì)菌轉(zhuǎn)錄活性的變化有很高的相關(guān)性,而在低氧氣濃度下,相關(guān)性變得不顯著。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士后
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S154.3
【圖文】：

３．３．３固氮菌在玉米根際的定殖效率逡逑通過接種固氮菌和對(duì)照的比對(duì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過平板檢測(cè)在±巧介質(zhì)中接種固氮菌ｆ邋ＷＷｚｅＷ邋Ａ１５０１逡逑盈著提商了該菌在第６０天時(shí)玉米根脈的數(shù)量（圖３．２）。在營(yíng)養(yǎng)液介質(zhì)中的結(jié)果也表明在第１０天逡逑和２０天時(shí)接種處理的玉米根際上的ｆ邋Ｓ化億的Ａ１５０１數(shù)量都要顯著高于對(duì)照（圖３．３Ａ和１３Ｂ）。逡逑電鏡結(jié)果可見微生物定殖在玉米根部表面的數(shù)量要明晶多于對(duì)照。疑似Ｓ化ｆｃｅＷ邋Ａ１５０１的菌株逡逑呈桿狀，長(zhǎng)約２邋ｎｍ．菌體表面呈凹田不平狀，在根系多處發(fā)現(xiàn)類似生物膜包被的菌體聚合（圖逡逑３．３Ｃ）。逡逑１９逡逑

邐０２逡逑ｉ邋仁邐ｔｅｉｎ逡逑圖３．３玉米水墻條件下接種固氮菌尸．ＷＷｗ／７’Ａ１５０１后通過平板計(jì)數(shù)法估算玉米根際微生物的數(shù)量。逡逑Ｆｉｇ邋３．３邋Ｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｆｉｘｉｎｇ邋ｂａｃｔｅｒｉｕｍ邋Ｐ．邋ｓｔｕｔｚｅｒｉ邋Ａ１５０１邋ａｄｈｅｒｅ邋ｔｏ邋ｒｏｏｔ邋ｉｎ邋ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ邋Ｈｏａｇｌａｎｄ＇ｓ邋ｎｕｔｒｉｅｎｔ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｃｕｌｔｕｒｅ邋ｍｅｄｉｕｍ．逡逑Ａ．邋Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ａｘｅｎｉｃ邋ｍａｉｚｅ邋ｐｌａｎｔｓ邋ｕｓｅｄ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｂａｃｔｅｒｉａｌ邋ｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎ．邋ＮＳＣＭ－ｃｏｎｔｒｏＩ，邋ｎｏ逡逑Ａ１５０Ｈｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ邋ｎｕｔｒｉｅｎｔ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｃｕｌｔｕｒｅ邋ｍｅｄｉｕｍ；ＮＳＣＭ＋Ａ１５０１，ｗ他邋Ａ１５０１邋ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ逡逑ｎｕｔｒｉｅｎｔ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｃｕｌｔｕｒｅ邋ｍｅｄｉｕｍ．逡逑２１逡逑

邐ＷＷ逡逑Ｄａｙ邋６０逡逑圖３．２邋±壤介質(zhì)中接種固氮菌尸．加妃ｅ／７’ＡＩ５０ｌ后通過平扳計(jì)數(shù)法估算玉米根際微生物的數(shù)量。逡逑Ｆｉｇ邋３．２邋Ｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎｉ任ｏｇｅｎ－ｆｉｘｉｎｇ邋ｂａｃ化ｒｉｕｍ邋尸？邋５化垃ｅ／＊＇．邋Ａ１５０Ｉ邋ａｄｈｅｒｅ邋化邋ｒｏｏｔ邋ｉｎ邋ｓｔｅｒｉｌｉｚｅｄ邋ｓｏＨ邋ｍａｔｒｉｘ．邋Ｔｈｅ逡逑ａｍｏｕｎｔ邋ｏｆ邋ｂａｃｔｅｒｉａ邋ｉｎ邋ｒｏｏｔ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｗａｓ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ邋ｂｙ邋ｐｌａｔｉｎｇ邋ｃｏｕｎｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ．邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｗａｓ邋ｃａｒｒｉｅｄ邋ｏｕｔ逡逑ｗｉ化邋Ｓ化ｄｅｎｔ’ｓ邋（＊＊Ｐ＜０．０１）．邋Ａｌｌ邋ｖａｌｕｅｓ邋ａｒｅ邋ｍｅａｎ邋±邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ邋（ｎ二３）．邋Ｃｏｎｔｒｏｌ，邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋ＡＩ５０Ｈｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ；逡逑＋Ａ１５０１．邋ｗｉｔｈ邋Ａ１５０１邋ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ．逡逑Ｍｌ］邐Ｋ逡逑ｌｙ邐ＷｍＭＷＷＭ逡逑化邋ＣＭ＞ｃｏｎｔｒｏｌ邐ＮＳＣ邋…Ａ１５０１逡逑Ｂ邋ｓ＂

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬春;陽廣鳳;金仁村;俞津津;;新型生物脫氮工藝-反硝化氨氧化[J];科技通報(bào);2012年03期

2 李曉蕓,鄭穹,喻鵬,黃馳;2-氟-6-氯甲苯氨氧化法制備2-氟-6-氯苯腈初探[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2003年02期

3 謝光勇,鄭穹,黃馳,韓其勇,陳遠(yuǎn)蔭;對(duì)甲氧基甲苯氨氧化反應(yīng)研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2001年06期

4 鄭穹,謝光勇,黃馳,許崇文,陳遠(yuǎn)蔭;氨氧化合成大茴香腈研究[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1999年S1期

5 崔文采;談?wù)勛匀煌寥篮娃r(nóng)業(yè)土壤[J];土壤通報(bào);1959年02期

6 蔡立梅;馬瑾;周永章;黃蘭椿;竇磊;張澄博;;珠江三角洲典型區(qū)農(nóng)業(yè)土壤鎳的空間結(jié)構(gòu)及分布特征[J];中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年04期

7 韓風(fēng);;自然土壤與農(nóng)業(yè)土壤[J];農(nóng)業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn);1982年11期

8 孟憲璽,佘中盛,劉桂琴,康淑蓮,俞穆清,汪淑哲,王起超,齊少華;東北地區(qū)中部主要農(nóng)業(yè)土壤中若干金屬元素的背景值[J];生態(tài)學(xué)報(bào);1985年02期

9 張冬冬;;全球變暖少不了你家院子[J];科學(xué)新聞;2013年05期

10 王凱榮;崔明明;史衍璽;;農(nóng)業(yè)土壤中鄰苯二甲酸酯污染研究進(jìn)展[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2013年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 沙圣德;喬琳;王利英;夏勉;;一株異氧硝化細(xì)菌KT-B011的分離及其氨氧化特性的研究[A];第十次全國(guó)環(huán)境微生物學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2007年

2 楊斌;姜家樂;黃新漢;宋衛(wèi)林;;催化劑粒徑對(duì)丙烯氨氧化反應(yīng)的影響[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2003年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

3 馬名揚(yáng);張朝陽;畢鴻亮;李幼菊;盧普相;;珠三角部分地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中砷的形態(tài)及含量分布[A];廣東省土壤學(xué)會(huì)第九次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2006年

4 鄧蕓蕓;賈麗娟;李康;殷浩文;;上海市垃圾焚燒廠周邊農(nóng)業(yè)土壤中二VA英分布研究[A];中國(guó)毒理學(xué)會(huì)環(huán)境與生態(tài)毒理學(xué)專業(yè)委員會(huì)第二屆學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與基準(zhǔn)專業(yè)委員會(huì)2011年學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2011年

5 楊國(guó)義;張?zhí)毂?郭治興;萬洪富;羅薇;高原雪;;珠江三角洲典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中多環(huán)芳烴的含量分布特征及其污染來源[A];廣東省土壤學(xué)會(huì)第九次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2006年

6 馮煥銀;傅曉欽;張倩;樊穎果;;寧波市郊農(nóng)業(yè)土壤中持久性毒害污染物的殘留現(xiàn)狀及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[A];2013中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第四卷）[C];2013年

7 楊國(guó)義;張?zhí)毂?萬洪富;羅薇;高原雪;;廣東省典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中重金屬污染空間差異及原因分析[A];廣東省土壤學(xué)會(huì)第九次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2006年

8 徐夢(mèng)俠;李申杰;楊炳建;錢飛中;高占國(guó);朱麗波;應(yīng)紅梅;徐能斌;翁燕波;;寧波市農(nóng)業(yè)土壤中持久性有機(jī)氯農(nóng)藥殘留規(guī)律研究[A];持久性有機(jī)污染物論壇2010暨第五屆持久性有機(jī)污染物全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 記者 孫宇浩 段金平;大興農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查啟動(dòng)[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2006年

2 鐘燕平;盡快開展農(nóng)業(yè)土壤污染研究[N];農(nóng)民日?qǐng)?bào);2006年

3 ;治理農(nóng)業(yè)土壤面源污染刻不容緩[N];河北日?qǐng)?bào);2013年

4 本報(bào)記者 趙紅梅;農(nóng)業(yè)土壤面源污染治理刻不容緩[N];河北日?qǐng)?bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 柯秀彬;農(nóng)業(yè)土壤中氮素轉(zhuǎn)化關(guān)鍵微生物群落及功能[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2016年

2 王麗華;酸性礦山廢水區(qū)域嗜酸菌分子生態(tài)學(xué)研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 邱金鋒;竹漿堿回收苛化工藝與白泥粒度、苛化率的相關(guān)性研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

2 徐偉;以天然硅藻土為原料的高純二氧化硅制備以及純度表征[D];太原理工大學(xué);2016年

3 周濤;一種氨氧化反應(yīng)余熱回收爐工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)研究[D];天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司;2016年

4 趙紅;無機(jī)鈦硅原料TS-1催化環(huán)已酮氨氧化制備環(huán)已酮肟[D];湘潭大學(xué);2002年

5 吳夢(mèng)佳;干膠轉(zhuǎn)化法合成TS-1分子篩及對(duì)丁酮氨氧化反應(yīng)的催化性能[D];華東理工大學(xué);2014年

6 郝迪;貴嶼農(nóng)業(yè)土壤及盆栽土-植物系統(tǒng)中PBDEs污染特征及暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[D];暨南大學(xué);2015年

7 鄧琳靜;重金屬脅迫下農(nóng)業(yè)土壤根際微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性的變化[D];湖南大學(xué);2016年

8 吉玉碧;貴州省農(nóng)業(yè)土壤中鎘的污染現(xiàn)狀與分析研究[D];貴州大學(xué);2006年

9 梁靜;鈦硅分子篩催化環(huán)己烷液相氨氧化的研究[D];湖南師范大學(xué);2011年

10 許華杰;遵義縣農(nóng)業(yè)土壤和蔬菜中鎘含量關(guān)系的分析與研究[D];貴州大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2774477