荒漠植物根际土壤细菌对不同干旱条件和沙丘类型的响应机制

论文摘要

荒漠化作为一个全球性的环境问题受到了越来越多的关注,研究荒漠区土壤微生物群落结构以及土壤-微生物-植物之间的互作关系对荒漠化的防治具有非常重要的意义。本研究选取了我国北方荒漠化区域干旱条件不同的四个位点以及三种不同类型的沙丘,采集分布于该环境的优势荒漠植物的根际和非根际土壤,利用高通量测序和可培养方法研究了在不同干旱条件、不同沙丘类型及不同植物影响下土壤特性的变化规律和细菌群落结构的分布特征,分析了植物-微生物-土壤之间的互作关系。主要研究结果如下:1.阐明了土壤特性在不同干旱条件及沙丘类型影响下的变化规律。对根际和非根际土壤理化性质的分析表明,随着四个位点湿润程度的升高,土壤pH、EC和离子含量(Ca2+、K+、Na+)显著下降,而土壤养分含量（TOC、TN、TP）则显著上升。固定沙丘具有比半固定和流动沙丘更高的土壤养分含量和离子含量。植物根际土壤与非根际相比普遍具有更高的土壤养分含量和细菌群落数量。不同植物之间根际土壤的性质存在显著差异。2.揭示了土壤细菌群落对不同干旱条件及沙丘类型的响应机制。利用MiSeq高通量测序方法对所有研究位点均有分布的荒漠植物小叶锦鸡儿根际和非根际土壤细菌群落进行研究。结果表明研究位点中的细菌群落主要由Firmicutes、Actinobacteria、Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Planctomycetes构成,Lactococcus、Bacillus、Pseudarthrobacter、Solibacillus和Pseudomonas为优势属。在不同位点,Acidobacteria、Chloroflexi和Gemmatimonadetes的相对丰度受干旱条件影响变化显著,随着湿润程度的升高呈上升趋势,且根际土壤中的Bacteroidetes相对丰度显著高于非根际土壤。对不同类型沙丘,Bacteroidetes、Gemmatimonadetes和Nitrospirae的相对丰度受沙丘类型影响变化显著,根际土壤中Actinobacteria和Planctomycetes的相对丰度与非根际相比显著升高。PERMANOVA分析表明,在四个位点,干旱条件对细菌群落的影响强于根际;在三种不同类型的沙丘,根际对细菌群落的影响强于沙丘类型对细菌群落的影响。相关性分析表明,土壤特性对细菌群落组成也有显著影响。在干旱条件不同的位点,对细菌群落组成影响最为显著的是TOC、TN和Na+,其次是TP;Acidobacteria、Gemmatimonadetes和Actinobacteria对理化因子响应最为强烈。在不同类型沙丘上,对细菌群落组成影响最为显著的是TOC和EC,其次是pH和TP;Actinobacteria、Planctomycetes和Gemmatimonadetes受理化因子的影响最显著。3.阐释了优势荒漠植物根际可培养细菌对不同干旱条件及沙丘类型的响应。利用可培养方法得到的细菌群落主要由Firmicutes、Actinobacteria、Proteobacteria和Bacteroidetes组成,其中根际土壤中的Proteobacteria和Bacteroidetes所占比例显著高于非根际土壤。在属的水平上根际细菌多样性高于非根际。细菌群落与环境因子的分析结果显示细菌丰富度与土壤养分含量和干燥度指数显著正相关,而多样性则与pH、EC和离子含量显著正相关。4.发现了具有促进植物生长特性的植物促生菌。对分离到的398株细菌进行功能测定,结果表明根际具有植物促生特性的菌株比例高于非根际,此比例随环境湿润程度的升高而升高,且从流动沙丘、半固定沙丘到固定沙丘也呈现出升高的趋势。Firmicutes中有大量固氮、溶磷和产IAA功能的菌株,Actinobacteria中具有产ACC脱氨酶功能的菌株所占比例最高,产铁载体的菌株主要分布在Proteobacteria。进一步分析发现有63株菌兼具多种植物促生功能,其中43株来源于根际,20株来源于非根际。与拟南芥幼苗共培养后发现,菌株GC-3、HR-2、HR-3和HR-5对拟南芥生长具有显著促进作用。本研究将高通量测序与可培养方法结合起来系统阐述了不同干旱条件、不同沙丘类型以及不同植物根际影响下土壤细菌群落的变化规律和响应机制,为荒漠化治理及植被恢复提供了理论依据。获得的多功能菌株将是促进植物生长、提高植物抗逆性的优良菌种资源,并可作为优质的菌剂应用于荒漠化地区的植被恢复。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩写词Abbreviations
• 第一章 前言
•   1.1 荒漠化与荒漠植物
•     1.1.1 荒漠化现状
•     1.1.2 荒漠植物的生态效应
•   1.2 土壤微生物
•     1.2.1 土壤微生物的多样性
•     1.2.2 土壤微生物多样性的研究方法
•     1.2.3 土壤微生物与荒漠环境的关系
•   1.3 根际微生物
•     1.3.1 根际对土壤微生物的影响
•     1.3.2 根际促生菌的生态效益
•     1.3.3 荒漠植物根际微生物研究进展
•   1.4 研究目的及意义
•   1.5 技术路线图
• 第二章 土壤细菌群落对不同干旱条件及沙丘类型的响应机制
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 采样地概况与实验设计
•     2.2.2 土壤样品采集
•     2.2.3 实验方法
•       2.2.3.1 土壤理化性质的测定
•       2.2.3.2 土壤细菌群落的高通量测序
•     2.2.4 数据处理与分析
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 土壤理化性质分析
•     2.3.2 MiSeq测序数据特征
•     2.3.3 土壤细菌群落的分类学组成
•     2.3.4 土壤细菌群落的Alpha和 Beta多样性分析
•     2.3.5 土壤细菌群落与环境因子的相关性
•   2.4 讨论
•     2.4.1 环境条件对土壤性质的影响
•     2.4.2 土壤非培养细菌群落对根际、干旱条件及沙丘类型的响应
•     2.4.3 细菌群落与环境因子的关系
•   2.5 本章小结
• 第三章 土壤可培养细菌的特性及其对不同干旱条件及沙丘类型的响应
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 采样地概况与实验设计
•     3.2.2 土壤样品采集
•     3.2.3 实验方法
•       3.2.3.1 土壤理化性质的测定
•       3.2.3.2 土壤可培养细菌的分离鉴定
•       3.2.3.3 可培养细菌的促生特性测定
•       3.2.3.4 菌株对拟南芥幼苗的影响
•     3.2.4 数据处理与分析
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 土壤特性分析
•     3.3.2 土壤可培养细菌群落的多样性及影响因素
•     3.3.3 土壤可培养细菌的植物促生功能
•     3.3.4 菌株对拟南芥幼苗生长的影响
•   3.4 讨论
•     3.4.1 荒漠植物、干旱条件及沙丘类型对土壤特性的影响
•     3.4.2 土壤可培养细菌群落对荒漠植物、干旱条件及沙丘类型的响应
•     3.4.3 荒漠环境中植物促生菌的多样性
•     3.4.4 PGPB的植物促生效果
•   3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 在学期间研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 高江力

导师: 安黎哲,盛红梅

关键词: 干旱条件,沙丘类型,荒漠植物,细菌群落结构,响应机制,植物促生菌

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 兰州大学

分类号: Q948

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000013

总页数: 113

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