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不同氮水平下水稻全生育期根系微生物组的变化规律

不同氮水平下水稻全生育期根系微生物组的变化规律

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作者：胡雅丽合肥工业大学

学位级别：硕士

陆生植物根系富集了数量庞大且种类繁多的微生物,统称为根系微生物组,这些微生物参与植物的生长发育、营养吸收和疾病抵抗等重要的生理过程。水稻是最重要的粮食作物之一,在发展农业和保证人类粮食安全方面有着不可替代的作用。为了提... 详细信息

陆生植物根系富集了数量庞大且种类繁多的微生物,统称为根系微生物组,这些微生物参与植物的生长发育、营养吸收和疾病抵抗等重要的生理过程。水稻是最重要的粮食作物之一,在发展农业和保证人类粮食安全方面有着不可替代的作用。为了提高水稻产量,大量氮肥的施用不仅浪费了大量的资源,还对环境造成严重的污染,根系微生物组研究的兴起为解决以上问题提供了全新的技术和思路。本课题以水稻粳稻代表性品种日本晴和籼稻代表性品种IR24为实验材料,分别种植在不同氮水平的两块试验田中,并在另一地点设置了重复实验。在水稻成熟期时对水稻全生育期的根系微生物组进行了连续采样,提取水稻根系微生物组DNA,构建16S r DNA扩增子文库,采用高通量测序的方法鉴定根系微生物组的结构,以追踪在不同氮水平下,水稻根系微生物组随生长发育时间的变化规律。实验结果显示:1.水稻生长发育变化:通过对根系微生物的检测发现,在两种氮水平下,根系微生物组都随着水稻生长发育时间逐渐变化。PCOA图显示土壤微生物组随着水稻种植时间序列的变化基本不大,然而水稻根系微生物组是不断的变化。2.通过PCOA和相关系数图发现在第8-10周根系微生物组趋于稳定,并且发现不同氮水平下的水稻根系微生物组到达稳定期的时间不同。高氮水平下的水稻根系微生物组在第10周达到稳定,而低氮水平下的水稻根系微生物组在第9周达到稳定,即低氮水平下的水稻进入生殖期比高氮水平下的水稻早了一周,这与植物在逆境胁迫下提前进入生殖期的相关研究符合。3.通过机器学习建立模型找出不同氮水平下全生育期内的水稻根系特定细菌生物标志物。4.不同氮水平下的水稻根系微生物组在不同分类水平上存在差异,为后续发掘出与氮相关的功能菌打下基础。本研究初步揭示了不同氮水平下水稻根系微生物组在水稻全生长发育时期的变化规律。通过比较不同氮水平下水稻根系微生物组的差异,为后续发掘出随时间变化的相关性细菌、氮相关功能菌等相关功能实验打下了基础。

关键词：水稻根系细菌微生物组 16S rDNA测序随机森林机器学习模型

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