豆科植物根際和根瘤內(nèi)生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律及其影響因素研究.pdf

1、土壤微生物是土壤生態(tài)環(huán)境中重要的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換者，對植物生長具有至關(guān)重要的作用。土壤微生物從土壤進入豆科植物根際和根內(nèi)乃至根瘤組織內(nèi)，形成根際微生物和內(nèi)生菌，在這個過程中，微生物群落的結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律及其影響因素仍不清楚。本文針對豆科植物共生固氮體系，利用高通量測序技術(shù)，分析了豆科植物根系由外到內(nèi):根區(qū)微生物群落、根際微生物、根內(nèi)生菌和根瘤內(nèi)生菌群落構(gòu)成，以及與環(huán)境因子的關(guān)系;探索了根瘤內(nèi)生菌的富集過程;分析了根際微生物群落與植物生物量的

2、相關(guān)性;最后利用分根試驗探究豆科植物對根際微生物群落的影響。得到結(jié)果如下:
　　通過對大豆和苜蓿根瘤內(nèi)生菌群落組成和結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)Ensifer和Bradyrhizobium是大豆根瘤內(nèi)生菌群落的主要類群，Ensifer是苜蓿根瘤內(nèi)生菌的主要類群，在根瘤內(nèi)還檢測到少量Rhizobium和Mesorhizobium。除根瘤菌外，根瘤內(nèi)還存在多種非根瘤菌的內(nèi)生菌，主要屬于變形菌門、放線菌門、厚壁菌門和擬桿菌門。通過微生物群落的相似性

3、分析，發(fā)現(xiàn)非根瘤菌的根瘤內(nèi)生菌與根內(nèi)生菌群落結(jié)構(gòu)之間有顯著差異。通過置換多元方差分析和限制性主坐標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，對于根瘤菌群落，最主要影響因子是植物種類，其次是土壤氮含量、pH和時期;對于非根瘤菌的根瘤內(nèi)生菌群落，最主要影響因素是植物種類，其次是土壤氮和磷含量，時期對其并無顯著影響。
　　通過對大豆和苜蓿根區(qū)、根際、根內(nèi)和根瘤這四個微域及空白土壤的微生物群落組成及結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)這四個微域的微生物群落組成之間有顯著差異，并借助這四個微

4、域在空間上形成從外到內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)植物對土壤微生物表現(xiàn)出從外到內(nèi)的逐漸增強的層級過濾作用（根瘤＞根＞根際＞根區(qū)），且過濾作用從根區(qū)開始。土壤類型對根際部位微生物群落結(jié)構(gòu)的影響從外到內(nèi)逐漸減小，植物種類對根際部位微生物群落結(jié)構(gòu)的影響從外到內(nèi)逐漸增大。
　　通過對大豆和苜蓿根際微生物群落及環(huán)境因子的分析，發(fā)現(xiàn)土壤pH、磷含量和鉀含量對根際微生物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。結(jié)合植物生物量分析，發(fā)現(xiàn)根際微生物的群落組成和結(jié)構(gòu)對植物生物量有顯著

5、影響，其中Paracraurococcus、Treponema、Actinomadura、Actinopolymorpha、Desulfitobacterium和Nonomuraea與大豆生物量顯著正相關(guān);Ensifer、Thermobacillus、Acetivibrio、Pandoraea、Marmoricola、Rhodococcus、Gordonia、Turicibacter、Pimelobacter、Filfactor、Noc

6、ardioides、Frateuria和Aestuariimicrobium與苜蓿生物量顯著正相關(guān)。與大豆植物生物量相關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)受到土壤pH、磷含量和鉀含量的顯著影響，與苜蓿植物生物量相關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)受到土壤pH和鉀含量的顯著影響。結(jié)果說明土壤因子不僅影響整個根際微生物群落構(gòu)成，還影響根際促生菌的群落結(jié)構(gòu)。
　　利用分根試驗體系對同時種植在兩種土壤中的菜豆根際微生物群落結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)植物在同時感應(yīng)到兩種土壤條件時，

7、土壤類型造成的根際微生物群落的差異變小，兩種土壤中的根際微生物群落組成和結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出趨同性。趨同性在江西土壤中主要表現(xiàn)在變形菌門、浮霉菌門、擬桿菌門和放線菌門;在陜西土壤中主要表現(xiàn)在變形菌門、浮霉菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、綠彎菌門、放線菌門和酸桿菌門。在植物同時感應(yīng)到兩種土壤后，亞硝酸鹽氧化菌、Ensifer和Mesorhizobium的相對豐度顯著下降，Bradyrhizobium的相對豐度顯著上升。
　　本研究揭示了豆科植物根瘤