【摘要】：土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)通過(guò)對(duì)細(xì)菌的取食來(lái)影響微生物數(shù)量、活性以及物質(zhì)和能量的傳遞。近年來(lái)土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)土壤-植物系統(tǒng)的影響逐漸成為土壤生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)。關(guān)于食細(xì)菌線蟲(chóng)促進(jìn)植物磷素吸收的研究大多停留在磷素含量的變化方面,為了闡明其作用機(jī)制,還需解答以下三個(gè)問(wèn)題:食細(xì)菌線蟲(chóng)如何影響解磷菌在植物根部的定殖?食細(xì)菌線蟲(chóng)如何提高土壤中磷素的生物有效性?植物又如何對(duì)在食細(xì)菌線蟲(chóng)的作用下土壤有效磷含量的升高做出響應(yīng)?本研究從小麥根際篩選出兩種土著優(yōu)勢(shì)食細(xì)菌線蟲(chóng)和根際解磷菌作為供試線蟲(chóng)和菌株,對(duì)解磷菌進(jìn)行綠色熒光蛋白標(biāo)記(GFP)后,采用設(shè)置種植冬小麥的悉生微縮培養(yǎng)試驗(yàn)(gnotobiotic microcosm culture system)探究二者之間的相互作用及其對(duì)土壤中速效磷、微生物量磷、草酸、磷酸酶活性、磷素形態(tài)變化以及小麥生長(zhǎng)情況的影響,同時(shí)結(jié)合磷素響應(yīng)基因在小麥根部表達(dá)情況,從分子生物學(xué)層面揭示土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)促進(jìn)小麥生長(zhǎng)的磷素活化機(jī)制。研究結(jié)果如下:1.在小麥根際土壤中篩選鑒定出兩種土著優(yōu)勢(shì)食細(xì)菌線蟲(chóng),中桿屬線蟲(chóng)(Mesorhabditis sp.,c-p=1)(N1)和擬麗突屬線蟲(chóng)(Acrobeloides sp.c-p=2)(N2);同時(shí)篩選兩株優(yōu)勢(shì)解磷菌X3、X8,經(jīng)鑒定:X3為沙福芽孢桿菌(Bacillus safensis)(B1),革蘭氏陽(yáng)性,X8為綠針假單胞菌(Pseudomonas chlororaphis)(B2),革蘭氏陰性。利用GFP技術(shù)對(duì)X3、X8菌株進(jìn)行標(biāo)記,得到了穩(wěn)定遺傳的工程菌株X3-gfp、X8-gfp。2.通過(guò)種植小麥的悉生微縮培養(yǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)研究土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)與解磷菌的相互作用,結(jié)果表明:在培養(yǎng)期內(nèi),線蟲(chóng)數(shù)量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì),并在20天時(shí)達(dá)到最大,比0天增加了33.8%-89.7%。接種食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠提高解磷菌的數(shù)量與活性,食細(xì)菌線蟲(chóng)與解磷菌的數(shù)量均因二者種類(lèi)的不同而產(chǎn)生差異,其中B2N1處理均要高于其他處理;線蟲(chóng)數(shù)量的變化趨勢(shì)與解磷菌數(shù)量變化相一致,兩者之間呈現(xiàn)“正反饋效應(yīng)”。3.利用激光共聚焦顯微鏡觀察在食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)解磷菌在小麥根部定殖情況的影響表明:解磷菌均能夠在小麥根的伸長(zhǎng)區(qū)、根毛區(qū)、次生根的形成點(diǎn)附近進(jìn)行定殖;接種食細(xì)菌線蟲(chóng)處理的熒光亮度要大于單接菌處理,表明食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠促進(jìn)解磷菌在小麥根部的定殖。4.食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠有效提高土壤速效磷、微生物量磷、草酸含量以及磷酸酶活性。不同食細(xì)菌線蟲(chóng)與解磷菌種類(lèi)之間也存在差異,10-40天內(nèi),B2N1處理土壤速效磷與微生物量磷含量均高于其他處理;草酸含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而呈現(xiàn)降低后平穩(wěn)的趨勢(shì),在40天時(shí),B2N1處理草酸含量要高于其他處理,但差異不顯著;在40天時(shí),B2N1處理下的酸性磷酸酶含量要顯著高于其他接種線蟲(chóng)處理,其大小順序?yàn)?B2N1B1N2B1N1B2N2,與CK處理相比分別提高了15.37%、28.42%、34.26%;土壤堿性磷酸酶活性總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì),接種菌株B2處理的堿性磷酸酶活性要顯著大于接種菌株B1處理,在40天時(shí),與單接B2處理相比,接種兩種食細(xì)菌線蟲(chóng)均提高了土壤堿性磷酸酶活性。對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行主成分分析(PCA)發(fā)現(xiàn):接種食細(xì)菌線蟲(chóng)和解磷菌均能夠有效的提高土壤解磷菌數(shù)量與活性、速效磷、微生物量磷、草酸含量以及磷酸酶活性且各環(huán)境因子之間均相互影響。5.食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠促進(jìn)土壤磷素由難溶態(tài)磷(NAP)向可溶性形態(tài)磷素(AP)轉(zhuǎn)化,提高土壤磷素的生物有效性。接種線蟲(chóng)處理的可溶性磷含量比例要高于單接菌處理,其中B2N1處理效果最好,其AP含量比例高達(dá)45%,與CK處理相比增加了25%,NAP含量降低了27%。6.接種食細(xì)菌線蟲(chóng)處理的小麥地上部/地下部生物量和磷積累量均要高于單接菌處理。對(duì)于地上部/地下部干物質(zhì)積累來(lái)說(shuō),接種N1線蟲(chóng)效果要好于N2線蟲(chóng)。培養(yǎng)30天后,B2N1處理的小麥地上部磷積累量要高于其他處理,B1N1地下部磷積累量要高于B2N1處理。7.接種食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠有效提高小麥RL、RV、RSA等根系指標(biāo),小麥根尖數(shù)增多,根長(zhǎng)增加、具有更大表面積和更多分支。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加,B2N1處理根系形態(tài)的發(fā)展更加趨于均勻。小麥根系形態(tài)主要與無(wú)機(jī)磷組分有關(guān),Resin-P和NaHCO_3-Pi與所有根系形態(tài)指標(biāo)均呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系;NaOH-Pi與RL、RF、RV、RSA顯著相關(guān);HCl-Pi與濃HCl-Pi均與所有根系指標(biāo)呈極顯著的負(fù)相關(guān),表明小麥根系形態(tài)受到可溶性磷素的影響。8.接種食細(xì)菌線蟲(chóng)能夠上調(diào)磷素低親和轉(zhuǎn)運(yùn)基因TaPHT1;1和TaPHT2;1的相對(duì)表達(dá)量;下調(diào)磷素高親和基因TaPTH1;2的相對(duì)表達(dá)量。可溶性形態(tài)磷(AP)與TaPHT1;1和TaPHT2;1呈正相關(guān)關(guān)系,而與TaPTH1;2呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。速效磷含量與TaPHT2;1的相對(duì)表達(dá)量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.929。Resin-P則與TaPHT1;1的相對(duì)表達(dá)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。NaOH-Po含量與TaPHT1;1相對(duì)表達(dá)量呈顯著負(fù)相關(guān),難溶性形態(tài)磷(NAP)中的HCl-Pi與TaPHT1;2基因相對(duì)量呈顯著正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.821,濃HCl-Pi含量與TaPHT2;1相對(duì)表達(dá)量呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.857。表明有效磷含量變化能夠影響磷素響應(yīng)基因的表達(dá),進(jìn)一步從分子生物學(xué)角度闡明了食細(xì)菌線蟲(chóng)作用下,小麥生長(zhǎng)對(duì)土壤中磷素變化的響應(yīng)情況,結(jié)合土壤磷素活化情況,共同揭示了食細(xì)菌線蟲(chóng)促進(jìn)小麥生長(zhǎng)的磷素活化機(jī)制。
【圖文】：

nteraction networks between bacterivorous nematodes and ALP-producing bacterial磷菌(PSB)的研究進(jìn)展際促生菌(PGPR)的概念以及種類(lèi)際促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria，，PGPR)是分布在植徑來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)的一類(lèi)根際細(xì)菌。最早是由 Kloepper 和 Schroth并定義“根際促生菌”這一概念[56, 57]。并認(rèn)為，根際促生菌是能程中不可或缺的一類(lèi)根際生物。而隨著對(duì)根際促生菌研究的深入發(fā)強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力、高增長(zhǎng)率以及生化多功能性等優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致它們能根際土壤中定殖生存[58]。Cook[59]在 2002 年提出將 PGPR 作為農(nóng)業(yè)組成部分，這也標(biāo)志著根際促生菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中開(kāi)始發(fā)揮作用。隨其概念的定義及劃分也隨之變化。Weller 和 Vessey 等人[60, 61]認(rèn)為三個(gè)條件中的兩個(gè)：(1)主動(dòng)定殖(aggressive colonization)；(2)能夠th stimulation)；(3)具有生防功能(biocontrol)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目前也獲得圖 1 食細(xì)菌線蟲(chóng)與產(chǎn) ALP 細(xì)菌的交互網(wǎng)絡(luò)圖(Jiang, et al, 2017)

22圖 3 菌株 X3、X8 的菌落形態(tài)特征Figure 3 The colony of strain X3, X8菌株進(jìn)行革蘭氏染色、好氧性試驗(yàn)、接觸酶試驗(yàn)、甲基紅反應(yīng)（M.R）指標(biāo)測(cè)定后得到其生理生化指標(biāo)（表 5）。從此表中可知，X3 菌株為水解呈陽(yáng)性；而菌株 X8 則為格蘭氏陰性菌，淀粉水解呈陰性。其余指性質(zhì)即：均為兼性厭氧型細(xì)菌，接觸酶試驗(yàn)、 V-P 試驗(yàn)、明膠液化和性；而甲基紅反應(yīng)以及檸檬酸鹽利用試驗(yàn)兩者均呈現(xiàn)陰性反應(yīng)。表 5 菌株 X3 與 X8 的生理生化特性Table 5 Physiological characteristics of strain X3, X8標(biāo) 結(jié)果 指標(biāo) 結(jié)果X3 X8 X3 X8氏染色 + - 淀粉水解 + -性試驗(yàn) 兼性厭氧 兼性厭氧 明膠液化 + +
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S512.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687089