固氮施氏假單胞菌A1501——玉米根際聯(lián)合固氮作用及其微生物群落分析.pdf

1、氮循環(huán)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。人類通過施加氮肥來增加作物產(chǎn)量，但與此同時(shí)，氮肥流失破壞了氮原有的平衡，進(jìn)而導(dǎo)致全球性的環(huán)境問題。植物根際是土壤介質(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。大量研究表明接種聯(lián)合固氮菌能促進(jìn)玉米的產(chǎn)量，但是接種效率和穩(wěn)定性容易受到環(huán)境因素的影響;同時(shí)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)理和生態(tài)效應(yīng)也存在疑問。本研究將固氮施氏假單胞菌A1501和玉米作為模式對(duì)象，

2、考察該菌在根部的定殖效率，利用15N同位素稀釋法定量生物固氮對(duì)玉米氮素的貢獻(xiàn)。同時(shí)考察不同水分條件下接種固氮施氏假單胞菌 A1501對(duì)玉米的促生效應(yīng)及根際氮循環(huán)功能微生物群落及活性的影響，為深入了解聯(lián)合固氮菌和宿主植物間的相互作用，提高微生物的固氮效率及減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氮肥用量提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　一、分別在營養(yǎng)液和土壤培養(yǎng)條件下，通過平板計(jì)數(shù)和掃描電鏡方法觀察固氮施氏假單胞菌A1501在玉米根系的定殖情況。結(jié)果表明

3、，固氮施氏假單胞菌A1501能夠在玉米根系定殖。
　　二、盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，無菌土壤介質(zhì)中種植的玉米生長量受到水分條件和固氮菌接種的顯著影響。接種固氮施氏假單胞菌A1501后第60天的玉米植株生長量在干旱條件和水分充足時(shí)分別提高22.7％和32.5%。未滅菌的自然土壤介質(zhì)種植的玉米生長量也受到水分條件的顯著影響；固氮菌接種提高了玉米生長量，但是結(jié)果不顯著。15N同位素稀釋法測定結(jié)果表明水分條件顯著影響了固氮施氏假單胞菌A1501的

4、固氮貢獻(xiàn)量，水分充足條件下固氮貢獻(xiàn)率為31.6%，而干旱條件下為20.1%。因此本實(shí)驗(yàn)條件下接種固氮施氏假單胞菌A1501可以為玉米提供生長所需的部分氮素。
　　三、采用絕對(duì)定量qPCR和高通量測序技術(shù)，分析不同水分條件和固氮施氏假單胞菌A1501接種對(duì)玉米不同土壤區(qū)域（根際土和表層土）氮循環(huán)功能微生物種群數(shù)量、轉(zhuǎn)錄活性及群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明水分條件措施顯著影響了根際土固氮菌nifH基因、氨氧化細(xì)菌和氨氧化古菌amoA基因數(shù)量

5、和轉(zhuǎn)錄活性，但對(duì)表層土和根際土的微生物群落結(jié)構(gòu)沒有顯著影響。固氮施氏假單胞菌A1501接種顯著影響了玉米根際固氮菌nifH基因、氨氧化細(xì)菌和古菌amoA基因拷貝數(shù)和轉(zhuǎn)錄數(shù)，同時(shí)對(duì)根際土中細(xì)菌和固氮菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。不同土壤區(qū)域的細(xì)菌和固氮菌群落多樣性也表現(xiàn)出差異，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，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，這很可能是土壤特性如