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【6h】

接种大豆根瘤菌对东北黑土细菌群落影响及其调控作用

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摘要

英文缩略表

1.1 引言

1.2 根瘤菌研究进展

1.2.1 根瘤菌应用研究的重要性

1.2.2 根瘤菌遗传多样性研究

1.2.3 根瘤菌的数量研究

1.2.4 环境条件对根瘤菌的影响

1.2.5 接种根瘤菌对土壤质量的影响

1.3 土壤微生物多样性研究进展

1.3.1 土壤微生物的多样性研究

1.3.2 土壤微生物在农田土壤中的作用

1.3.3 施肥对土壤微生物菌群结构的影响

1.3.4 土壤微生物多样性研究方法

1.4 本研究的目的和意义

1.5 本研究的技术路线

第二章 不同施肥处理对大豆产量和土壤化学性质的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 试验地概况

2.1.2 试验设计

2.1.3 样品采集

2.1.4 土壤化学性质的测定

2.1.5 大豆测产方法

2.1.6 统计分析

2.2 结果与分析

2.2.1 不同施肥处理对大豆产量的影响

2.2.2 不同施肥处理对土壤化学性质的影响

2.2.3 不同施肥处理对大豆农艺性状的影响

2.2.4 大豆产量与土壤化学性质的相关性分析

2.2.5 大豆产量与农艺性状的相关性分析

2.3 讨论

2.3.1 施肥对土壤养分、大豆产量和农艺性状的影响

2.3.2 土壤化学性质和大豆农艺性状对大豆产量的影响

2.4 本章小结

第三章 不同施肥处理对东北黑土细菌群落的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 仪器与试剂

3.1.2 土壤微生物总DNA提取

3.1.3 实时荧光定量PCR测定

3.1.4 土壤细菌群落结构数据分析

3.1.5 统计分析

3.2 结果与分析

3.2.1 细菌16S rRNA基因拷贝数

3.2.2 不同施肥处理菌群多样性分析

3.2.3 细菌群落构成

3.2.4 影响土壤细菌菌群结构的因子分析

3.3 讨论

3.3.1 施肥对土壤细菌16S rRNA基因拷贝数和多样性的影响

3.3.2 施肥对土壤细菌群落组成的影响

3.4 本章小结

第四章 不同施肥处理对东北黑土nifH固氮基因的影响

4.1 材料与方法

4.1.2 实时荧光定量PCR测定

4.1.3 nifH测序分析流程及数据去杂处理

4.1.4 统计分析

4.2 结果与分析

4.2.2 不同施肥处理对nifH群落多样性的影响

4.2.3 不同施肥处理对nifH群落组成的影响

4.2.4 影响nifH群落组成的因子分析

4.3 讨论

4.3.2 施肥对nifH群落组成的影响

4.4 本章小结

第五章 根瘤菌的筛选及B.japonicum 5821占瘤率的测定

5.1 材料与方法

5.1.1 仪器与试剂

5.1.2 大豆根瘤的采集

5.1.3 根瘤菌的分离、纯化

5.1.4 根瘤菌的染色、镜检

5.1.5 根瘤菌染菌处理

5.1.6 根瘤菌的冻干

5.1.7 根瘤菌总DNA的提取

5.1.8 BOX-PCR

5.1.9 统计分析

5.2 结果与分析

5.2.1 根瘤菌的分离筛选

5.2.2 不同施肥处理对大豆根瘤干重的影响

5.2.3 根瘤菌占瘤率的测定

5.3 讨论

5.3.1 根瘤菌的生长及培养特征

5.3.2 接种根瘤菌占瘤率的探讨

5.4 本章小结

6.1 全文结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者简历

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摘要

根瘤菌(Rhizobium)是一种较早被人类应用和研究的固氮菌,能够与豆科植物共生固氮,为宿主植物提供氮素营养,在提高土壤肥力、增加作物产量、改善生态环境等方面有着十分重要的作用。本研究在前期研究工作的基础上,以吉林省农业科学院(公主岭院区)现代农业产业技术示范基地6年定位试验的4种不同黑土施肥处理为研究对象,对大豆产量、大豆农艺性状及土壤化学性质进行了测定和相关性分析,同时结合高通量测序和qPCR技术对各施肥处理的细菌菌群结构进行分析,表征不同施肥处理土壤细菌的群落结构特征和组成差异,重点研究了接种根瘤菌处理的不同之处及其对大豆生长的调控效应,并探讨了引起黑土细菌菌群变化的主效环境因子。研究结果对进一步了解大豆连作条件下东北黑土中细菌群落结构的变化以及大豆的高效种植和氮肥减施具有一定的理论价值和现实意义。论文取得的主要进展如下:
  1.施肥有利于大豆产量的增加,且增产效果都比较明显。施肥增加了大豆的主茎荚重、主茎粒重和百粒重,有利于大豆农艺性状的改善;大豆主茎荚重和主茎粒重与大豆产量呈显著正相关,其增加有利于大豆产量的提高。施肥增加了土壤养分的含量,有利于土壤肥力的提高;施氮肥降低了土壤pH,且pH与大豆产量呈显著负相关,长期施氮肥可能会对大豆生长产生不利影响;土壤有效磷和速效钾与大豆产量呈显著正相关,适量施用磷钾肥会对大豆的增产起到促进作用。
  2.两年接种根瘤菌处理(PK+5821)与NPK处理的大豆产量基本持平,表明在不施氮肥的情况下接种根瘤菌可为大豆生长提供其所需的绝大部分氮素营养,从而起到氮肥减施的作用。两年大豆种植中主茎荚重和主茎粒重均以PK+5821处理最高,进一步验证了接种根瘤菌对大豆增产的作用。
  3.细菌菌群结构的分析显示,接种B.japonicum5821显著增加了土壤细菌的基因拷贝数,提高了土壤细菌的丰度。细菌门水平的群落分析发现,变形菌(Proteobacteria)、放线菌(Actinobacteria)和酸杆菌(Acidobacteria)是土壤中的3大优势菌群,占所有优势菌门的70%以上。主坐标分析(PCoA)显示,3个施肥处理的细菌群落结构在PC1轴上聚在一起,而与CK处理是分开的,表明施肥明显改变了土壤细菌的群落构成。冗余分析(RDA)显示,全氮(F=3.2,P=0.002)对土壤细菌群落结构的影响最大,解释了24%的群落变化,各因子的贡献率依次为全氮>有效磷>速效钾>有机质>pH。
  4.nifH群落结构的分析显示,接种B.japonicum5821显著增加了土壤nifH固氮菌的基因拷贝数。固氮菌属水平的群落分析发现,慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)是固氮微生物的的优势菌群,占所有优势菌属的59.53-73.02%。主成分分析(PCA)显示,3个施肥处理的固氮菌群落结构在PC1轴上聚在一起,而与CK处理是分开的,表明施肥明显改变了nifH固氮菌的群落构成。冗余分析(RDA)显示,全氮(F=2.7,P=0.016)对固氮菌群落的影响最显著,解释了18.5%的群落变化,各因子的贡献率依次为全氮>有机质>速效钾>有效磷>pH。
  5.冻干保存了137株根瘤菌菌株,为根瘤菌的后续研究、利用保留了一批资源。首次测得了定位试验田连作两年大豆根瘤菌的占瘤率,为公主岭现代农业产业技术示范基地接种根瘤菌试验的后续进行提供了参考。

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