本文關(guān)鍵詞：黑土區(qū)連作大豆根際微生物群落特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）》 2015年

黑土區(qū)連作大豆根際微生物群落特征研究

陳雪麗  

【摘要】：在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,不同作物耐連作程度大不相同,有些農(nóng)作物對連作不敏感,連續(xù)種植對產(chǎn)量和品質(zhì)影響不大,如玉米和水稻;有些作物不耐連作,大豆是典型的對連作敏感的作物。大豆連作產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差,生長發(fā)育受阻,土傳病蟲害加重。而土傳病害發(fā)生,主要是土壤中的病原菌多樣性和豐度增加,生長發(fā)育受阻的另一個原因是氮代謝受阻,氮代謝受阻來源于土壤中的氮素轉(zhuǎn)化,而影響氮素轉(zhuǎn)化就是土壤中的一些功能菌。系統(tǒng)研究大豆連作和這些微生物關(guān)系,對解析連作大豆根部病害加重和氮素循環(huán)受阻機制和為解決連作障礙提供技術(shù)原理具有重大的理論意義和廣泛的應(yīng)用價值。本文利用黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所的一組大豆長期連作實驗為平臺,采用了高通量測序等方法,研究結(jié)果如下:1、在肥沃的黑土上,大豆連續(xù)種植17年,并沒有導(dǎo)致土壤有機質(zhì)、總氮、總碳、p H等指標的顯著變化。對土壤酶活性的測定結(jié)果表明,連作4年和連作7年處理的土壤酶活性變化較大,尤其脲酶和蔗糖酶活性。其中連作4年處理的脲酶活性最低為0.88 NH2-N mg/(g 24h),比輪作處理降低28.5%,隨后隨著連作年限的增加而增加。而蔗糖酶活性在連作7年以前隨著連作年限的增加而增加,到連作7年蔗糖酶活性與輪作處理相似。連作11年蔗糖酶活性最高,隨后隨著連作年限的增加而降低,連作17年處理的蔗糖酶活性為73.27 G mg/(g·24h)。由此可以看出,連作4年到7年是連作大豆土壤生物活性變化最大的時間段,之后又趨于平穩(wěn)。土壤酶活性與土壤微生物的群落數(shù)量和活性密切相關(guān),因此認為土壤酶活性的變化是大豆連作土壤被認為是抑制性土壤的一種表現(xiàn)。2、應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù),對不同連作年限大豆根際細菌和真菌群落結(jié)構(gòu)多樣性分析。其中細菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性在連作7年以后明顯低于輪作和連作4年以前,由此可以看出,大豆連續(xù)種植導(dǎo)致土壤中細菌群落組成的變化,但是變化過程是緩慢的,直到連作7年才足以被檢測出來。對連作大豆根際真菌群落結(jié)構(gòu)多樣性分析結(jié)果表明,大豆連作2年和連作4根際真菌群落組成豐富,多樣性較高。大豆連續(xù)種植7年以上,根際真菌群落組成和多樣性與輪作相似,由此也可以看出大豆連作土壤被稱作抑制性土壤的機制所在。3、通過PCR-DGGE,q PCR,克隆測序等方法研究連作大豆根際土壤氨氧化細菌群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性。結(jié)果表明,連作7年處理的amo A基因數(shù)量為4.71×10-5 amo A gene copies/g dry soil,低于其他處理。通過測序結(jié)果表明該研究中amo A基因?qū)儆? Clusters,其中,連作7年處理土壤中氨氧化細菌種類最為豐富,6個簇的氨氧化細菌均有出現(xiàn);其次是連作2年處理除Cluster 4以外均有出現(xiàn);而連作17年處理土壤中氨氧化細菌種類最少4個簇。以往的研究表明氨氧化細菌群落結(jié)構(gòu)與土壤p H、有機質(zhì)含量以及空間地理分布等因素密切相關(guān),而本研究基于相同的施肥量和環(huán)境條件下,氨氧化細菌群落結(jié)構(gòu)組成與環(huán)境因子相關(guān)性分析認為大豆連作年限的長短是影響氨氧化細菌群落組成的主要因子。4、通過PCR-DGGE,q PCR,Illumina Miseq測序等方法研究連作大豆根際氨氧化古菌群落組成和數(shù)量,結(jié)果表明,連作2年和連作17年處理的根際氨氧化古菌數(shù)量低于其他處理;輪作和連作17年處理根際氨氧化古菌群落組成不同于其他處理。連作大豆根際氨氧化古菌種類來自泉古菌門(Crenarchaeota)、和奇古菌門兩大類(Thaumarchaeota),仍有42%為未分類的古菌種類。5、土壤的潛在硝化速率是表征土壤氮轉(zhuǎn)化能力的重要指標,與氨氧化微生物活性密切相關(guān)。本研究中連作大豆根際土壤的潛在硝化速率在0.24μg NO3-g-1soil h-1到0.58μg NO3-g-1 soil h-1之間。其中連作4年和連作7年處理的土壤潛在硝化速率顯著低于其他處理。與輪作處理相比,連作4年和連作7年處理的土壤潛在硝化速率分別降低51.79%和31.58%。而連作2年處理硝化速率最高,比輪作處理高17.5%。土壤潛在硝化速率與氨氧化細菌和氨氧化古菌的群落結(jié)構(gòu)組成和豐度相關(guān)性分析結(jié)果表明,氨氧化細菌在黑土上連作大豆根際的氨氧化過程中起主要作用。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S565.1;S154.3
【目錄】：

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