不同施氮水平下玉米根际微生物种群结构的变化

作     者：李明松 

作者单位：吉林农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘淑霞

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0713[理学-生态学] 

主      题：玉米根际土壤 施氮水平 细菌群落 真菌群落 土壤类型 功能基因 

摘      要：长期施用氮肥可改变农田土壤生态环境,不同施氮水平通过改变土壤养分含量,直接或间接影响着土壤微生物的群落结构和多样性;不同土壤类型因其自身组成的区别,也可能对土壤微生物产生不同影响。为了解不同施氮水平下土壤中微生物群落结构的变化,本文以长期不同施氮水平处理的风砂土、草甸黑土和冲积土玉米根际土壤为研究对象,利用16S rDNA和ITS高通量测序(Illumina MiSeq)技术以及实时荧光定量PCR(Real-Time PCR)等现代核酸分子诊断技术,分别对不同施氮水平下三种土壤类型玉米根际微生物细菌和真菌种群结构组成和多样性,以及主要养分循环功能基因丰度变化进行了研究,结合土壤生态环境,系统分析了不同土壤类型在长期不同施氮水平下,根际细菌和真菌群落组成和多样性的变化,并探讨影响根际土壤微生物种群结构的关键因素,旨在为氮肥的合理施用、氮肥管理和改善农业生态环境提供理论依据。本文主要研究结果如下:(1)不同施氮水平下三种土壤类型pH的变化表现出相同趋势,即随施氮量的增加,土壤pH呈下降趋势,长期施用氮肥可导致土壤酸化;三种根际土壤在不同施氮水平间,土壤总营养成分(TOC、TN、TP和TK)无显著差异(P0.05),而土壤有效养分含量差异显著(P0.05)。五种施氮水平处理之间根际土壤细菌群落的相对丰度明显不同,其中,变形菌门(Proteobacteria)为主要优势菌群,占各处理25%-40%左右,其次是拟杆菌门(Bacteroidetes)占11%-26%,再次是放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Fimicutes),分别占10%-37%和4%-22%。通过RDA分析表明,土壤pH、含水量、TOC、TN、TP等多项环境因子均能影响根际细菌的群落组成,其中,土壤pH是主要影响因素。(3)不同处理间根际真菌优势菌群相似,其中,子囊菌门(Ascomycota)为真菌主要优势菌群,占各处理44%-72%左右,其次是担子菌门(Basidiomycota),相对丰度占10%-47%,再次是接合菌门(Zygomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)。RDA分析结果显示,土壤pH、含水量、TOC、TN、TP是影响根际真菌群落组成的主要环境因素。(4)土壤类型对根际微生物的群落组成有重要影响。研究结果表明:无论氮肥施用量如何,三种土壤的根际细菌和真菌群落相对丰度在各分类水平上均显著不同。Anosim和NMDS分析结果显示,不同土壤类型间样本距离较远,差异性较大,说明土壤类型对根际微生物的群落组成具有一定影响。三种土壤类型间,草甸黑土中微生物的多样性最高,冲积土中微生物的多样性最低。(5)不同施氮水平下根际土壤中各养分循环功能基因的相对丰度水平差异显著(P0.05),施氮水平和土壤类型是主要影响因素。风砂土中AOA和AOB的相对丰度随施氮量的增加分别有下降和升高的趋势;草甸黑土中,AOA、AOB、cbbl和nosZ功能基因在各施氮水平间相对丰度均较高,而nifH和放线菌的相对丰度在各施氮水平间表现各异;冲积土中,施氮量为312 kg/ha时,土壤碳氮循环功能基因的相对丰度较高。相关性分析结果显示,AOB、nifH和放线菌功能基因的相对丰度与已测定的土壤环境因子间没有明显的相关性,而AOA、cbbl和nosZ功能基因更易受到土壤环境变化的影响。