豫北平原两熟区不同轮作模式下土壤微生物群落结构和多样性研究

论文摘要

豫北平原两熟区是我国重要的粮食产区,该区域作物种植常年采用夏玉米-冬小麦的一年两熟的单一种植模式,加上长期大量的使用化肥,导致土壤结构出现酸化、肥力下降等问题,限制了土地的生产效率。轮作具有改善土壤理化性质及提高土地生产效率的作用。但是轮作对土壤理化性质的改变机制仍了解不足。因此,本研究采用常规的土壤理化性质的测定、土壤微生物群落高通量测序等方法,对4种轮作模式以及8种常规种植模式下根际土和非根际土的理化性质、微生物群落结构、群落多样性等方面进行了比较研究,旨在为构建豫北平原两熟区主要粮食作物产区土地生产力恢复及合理栽培模式体系构建提供理论依据。主要结果如下:1、对4种轮作模式下土壤理化性质比较发现,随着种植年份的增加土壤有机质的含量逐渐减少,其中土壤有机质的含量轮作明显高于单作。而随着种植年份的增加土壤中全氮含量却呈现增加的趋势。对于土壤pH值来说,轮作的土壤pH值低于单作;从2016到2018年的5个样品数据变化趋势分析来看,两种耕作模式均呈现“W”型的变化趋势;而对于土壤的全磷含量变化来说,其变化趋势和土壤pH的变化趋势相反,呈现“M”型。其中,4种轮作模式下的土壤C/N都明显的高于25:1。2、为了了解不同的轮作下土壤理化性质的改变是否是由于轮作对土壤微生物群落结构和多样性的影响所引起的,我们对4种不同的轮作模式下的土壤微生物进行研究。结果表明,在不同的轮作模式下,轮作下的土壤样品的细菌和真菌OTU数量明显分别为79376和6500,单作下的土壤细菌和真菌OTU数量分别74614和6144,所以轮作下土壤样品的细菌和真菌OTU数量明显的高于单作,且土壤样品的细菌数量随着种植的年份呈现曲线变化。在不同种植方式下,除小麦外,在花生、玉米和大豆的农田中,免耕模式下土壤样品的细菌数量明显的高于正常耕作。测序结果还表明,所获得的微生物群落中的优势细菌菌群为变形菌门（约25%）、浮霉菌门（约20%）、放线菌门（约16%）和酸杆菌门（约14%）,这四种的优势细菌菌群的含量均在75%左右。优势真菌菌群为子囊菌门,其含量占真菌群落的65%以上。为了了解土壤理化性质的形成和微生物群落之间是否存在联系,将不同轮作模式下土壤理化性质变化趋势和微生物群落变化趋势比较发现,土壤的pH值的变化趋势与细菌和真菌OTU数量的变化相同,呈现“W”型,且土壤的全磷含量与其相反,呈现“M”型。3、为了分析作物根系分泌物是否影响土壤理化性质,我们对8种不同种植模式下根际土和非根际土的理化性质进行了比较分析。结果表明,除了土壤的pH值外,土壤有机质、全氮、全磷的含量都是根际土明显高于非根际土。其中,8种不同种植模式下土壤C/N都明显的高于25:1。4、为了了解根系分泌物是否影响土壤微生物群落多样性,我们对8种不同的种植模式下的根际土和非根际土微生物群落多样性进行了研究。结果表明,根际土的细菌和真菌OTU数量分别为48724和4897,非根际土的细菌和真菌OTU数量分别38656和4431,所以根际土的细菌和真菌OTU数量明显的高于非根际土。另外,不同作物根系分泌物对微生物群落的影响也不相同,如正常耕作下种植花生的非根际土细菌群落的数量明显高于其他作物;免耕模式下种植玉米的非根际土细菌群落的数量明显高于其他的农作物。将不同种植模式下土壤的类型、有机质、pH值、全氮以及全磷的含量变化和微生物群落变化趋势进行比较发现,除了土壤pH值外,土壤有机质、全氮、全磷的含量以及土壤微生物多样性都是根际土高于非根际土。5、另外,我们对所研究区域的优势微生物进行了筛选鉴定,通过16S rDNA测序和系统进化树分析后,初步获得了一株嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）。利用刚果红水解圈法检测表明该菌株具有分解纤维素的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 作物轮作和轮作的作用
•   1.2 土壤微生物的群落结构和多样性研究
•     1.2.1 作物多样性对土壤微生物的群落结构和多样性的影响
•     1.2.2 耕作模式对土壤微生物生物群落和多样性的影响
•     1.2.3 土壤的理化性质对土壤微生物生物群落和多样性的影响
•   1.3 立题依据及目的意义
•   1.4 技术路线
• 第二章 不同轮作模式下土壤微生物群落结构和多样性分析
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 材料
•     2.1.2 方法
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 不同轮作模式对土壤理化性质的影响
•     2.2.2 轮作对土壤微生物群落的影响
•   2.3 讨论
•     2.3.1 不同轮作模式下土壤理化性质的分析
•     2.3.2 不同轮作模式下土壤微生物群落结构和多样性的分析
• 第三章 根际土和非根际土的土壤微生物群落结构和多样性分析
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 材料
•     3.1.2 方法
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 根际土和非根际土对土壤理化性质的影响
•     3.2.2 根际土和非根际土对土壤微生物群落的影响
•   3.3 讨论
•     3.3.1 根际土和非根际土的理化性质的分析
•     3.3.2 根际土和非根际土的土壤微生物群落结构和多样性的分析
• 第四章 轮作模式下农田土壤纤维素降解菌株的筛选
•   4.1 材料和方法
•     4.1.1 土壤样品的采集
•     4.1.2 培养基的制备
•     4.1.3 菌株的初筛
•     4.1.4 菌株的复筛
•     4.1.5 菌株的分离和纯化
•     4.1.6 基因组DNA的提取以及分子生物学的鉴定
•     4.1.7 纤维素酶活的测定
•     4.1.8 菌株的鉴定
•   4.2 结果与分析
•     4.2.1 菌株筛选的结果
•     4.2.2 菌株分子生物学鉴定结果
•     4.2.3 葡萄糖标准曲线的绘制
•     4.2.4 降解纤维素菌株酶活力的测定
•     4.2.5 降解纤维素菌株的分解能力
•   4.3 讨论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏婷

导师: 高武军

关键词: 轮作,土壤微生物,细菌,真菌,群落结构,多样性

来源: 河南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 河南师范大学

分类号: S154.36

DOI: 10.27118/d.cnki.ghesu.2019.000844

总页数: 74

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