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草地早熟禾根际促生菌（PGPR）特性及根际微生物区系研究

作　者: 张晓波
导　师: 苏德荣
学　校: 北京林业大学
专　业: 草业科学
关键词: 根际 草地早熟禾 微生物区系 植物促进生长菌(PGPR) 最适生长条件 典型生长曲线
分类号: S688.4
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


草地早熟禾(Poa pratensis L.)是城市草坪建植中主要使用的冷季型草坪草,它具有较强的抗逆能力,在我国北方大部分地区生长良好,广泛用于公园、足球场、高尔夫球场、校园、居住区等地的绿化;根据草地早熟禾的生长特点,利用选择性培养基对其返青前后、不同土壤肥力以及不同光照条件下根际和非根际的细菌、真菌,放线菌三大土壤微生物数量及其动态变化进行分析,探讨草地早熟禾根际区系变化与外界环境之间的相互关系;并对草地早熟禾根际的PGPR菌株进行分离、鉴定、筛选以及生长最适条件进行研究,为草地早熟禾根际生态系统调控以及研制草坪草PGPR生物菌肥提供实践及理论基础,主要结果及结论如下。(1)草地早熟禾根际及非根际细菌类群的数量随着光照条件的降低而降低;根际放线菌数量随光照的降低呈先下降后上升的趋势,而非根际放线菌数量则随着光照的降低而缓慢降低;根际及非根际的真菌数量随着光照条件的降低而逐渐增加;草地早熟禾根际土壤由“细菌型”向“真菌型”转化;不同光照条件下,根际各微生物类群都表现出明显的根际效应。(2)草地早熟禾根际及非根际细菌类群数量随着肥力条件的降低而降低;根际及非根际的放线菌的数量随肥力的降低呈先下降后上升的趋势;而根际及非根际的真菌数量随着肥力条件的降低而增加;导致草地早熟禾草坪根际土壤由“细菌型”向“真菌型”转化。(3)随着草地早熟禾草坪的返青,根际及非根际细菌、真菌数量明显增加;放线菌数量减少;返青前后各微生物类群都表现出明显的根际效应;无论返青前后、根际以及非根际,细菌数量都占整个土壤微生物量(SMB)的绝大部分,细菌数量的变化代表了整个微生物类群数量的变化趋势。(4)选用NFM培养基对草地早熟禾根际土壤样品中的固氮菌株进行了分离和纯化,共获得21个固氮菌株的纯培养;经鉴定表明草地早熟禾根际的固氮菌以Azoobacter为主,其次为Pseudomonas和Bacillus以及Enterobacter。(5)利用蒙金娜有机培养基和PKO无机培养基对草地早熟禾根际土壤磷细菌(PSB)进行了分离和纯化,获得了8株有机磷细菌、7株无机磷细菌菌株的纯培养;经鉴定,草地早熟禾根际有机磷细菌鉴定为Bacillus sp,其中菌株PO1、PO3、PO4、PO5为Bacillus cereus,菌株PO2、PO6和PO7为Bacillus megaterium,菌株PO8为Bacillus badius;而无机磷细菌经鉴定均为Pseudomonas sp。(6)利用硅酸盐细菌培养基对草地早熟禾根际土壤钾细菌进行了分离和纯化,共获得7个钾细菌菌株,经鉴定全部为Bacillus mucilaginosus。(7)利用乙炔还原法对草地早熟禾根际土壤分离到的21个固氮菌株进行固氮酶活性测定,活性大于100 nmoL/mL·h共有14株;此外,固氮菌的溶磷强度在13.38μg/mL～58.21μg/mL之间,其中菌株N4、N16及N20具有较强的溶磷能力;同时通过比色法测定表明菌株N2、N4、N5、N10、N14、N16、N17、N20具有较强的分泌植物生长激素能力。(8)草地早熟禾根际有机磷细菌的溶磷能力在15.23μg/mL～57.28μg/mL之间,其中菌株PO1、PO4、PO5、PO6溶磷能力较强;无机磷细菌的溶磷量在17.05μg/mL～62.37μg/mL之间,其中菌株PM6、PM1以及PM5具有较高的溶磷能力。(9)草地早熟禾根际分离的钾细菌菌株各个菌株的解钾能力在5.7～14.5 mg/L之间,其中菌株K5解钾能力最强,其次为菌株K3、K7。(10)在测试了每个菌株的生物效能的基础上,综合各项指标选择18株具有较高效能的PGPR菌株;固氮菌为N2、N4、N5、N10、N14、N16、N17、N20;有机磷细菌为PO1、PO4、PO5、PO6,无机磷细菌为PM1、PM5、PM6;钾细菌选择具有较高解钾能力的菌株K3、K5以及K7。(11)用梯度法对各菌株的最适生长温度进行了测定,结果表明固氮菌、磷细菌和钾细菌菌株在10～45°C的温度范围内均能生长,可见所选择的PGPR菌株对温度的适应范围较广,但各菌株的最适生长温度大都处于20～35°C之间。(12)对各菌株的最适生长的初始pH值测定表明,固氮菌株最适生长的初始pH值为7.0～7.5之间;无机磷细菌菌株的最适生长初始pH值为7.5～8.5之间;而有机磷细菌为5.5～6.5之间;钾细菌为7.5～8.0之间;表明除有机磷细菌菌株在酸性或微酸性条件下生长较好外,其它的菌株在中性或稍偏碱性的条件下生长较好。(13)根据各菌株最适通气量的测定,表明菌株N4、N5、N10、N16、N17、N20、PM5、PO6、K7属于专性好氧菌,这些菌株在通气量为220 mL时达到了其生长的峰值;其次为兼性厌氧菌,包括菌株N2、PM1、K5,在通气量为150～200 mL时生长最好;菌株N14、PM6、K3属于微好氧菌,在通气量为100 mL时生长最好;菌株PO1和菌株PO4、PO5专性厌氧菌,在通气量70 mL时达到其生长的峰值。(14)设定不同的光照梯度测定了菌株的最适宜光照强度,结果表明大部分的菌株,在3500LX的光照强度下生长最好;而在光强度为0LX和光强度为7500 LX时,各菌株均未出现生长峰值;说明草地早熟禾根际促生细菌在培养时需要一定的光照才能达到最高的生长效率,但过强的光照条件又会抑制其生长。(15)在适宜的温度、pH值、通气条件以及光照条件下,以菌株细胞数目的对数值作纵坐标,以培养时间作横坐标,得到各个菌株的典型生长曲线;根据典型生长曲线可以看出每个菌株在实验室培养时进入延迟期、对数期、稳定期及衰亡期的时间;这些数据对于了解和掌握菌株的生长规律以及有效地促进菌株的生长具有重要的意义。

全文目录


摘要  3-6
Abstract  6-14
1 文献综述  14-37
  1.1 根际微生物区系研究  15-22
    1.1.1 根际微生物区系的研究意义  15-17
    1.1.2 不同因素对植物根际微生物区系动态变化的影响  17-21
      1.1.2.1 生育期  17-18
      1.1.2.2 土壤肥力  18-19
      1.1.2.3 连作  19
      1.1.2.4 转基因  19-21
      1.1.2.5 土壤微生物的相互作用  21
      1.1.2.6 其它因素的影响  21
    1.1.3 草地早熟禾根际微生物区系动态变化的研究意义  21-22
  1.2 植物根际促生细菌(PGPR)研究现状  22-34
    1.2.1 植物根际固氮菌的研究  23-27
      1.2.1.1 禾本科植物根际固氮菌的研究意义  23
      1.2.1.2 禾本科植物根际固氮菌研究现状  23-26
      1.2.1.3 禾本科植物根际固氮菌对植物生长的促进作用  26-27
      1.2.1.4 生物固氮测定技术  27
    1.2.2 植物根际解磷细菌的研究  27-31
      1.2.2.1 根际解磷细菌的研究意义  27-28
      1.2.2.2 根际解磷细菌种群的分布与数量  28
      1.2.2.3 根际解磷细菌的解磷机制  28-29
      1.2.2.4 根际解磷细菌解磷能力的测定方法  29-30
      1.2.2.5 根际解磷细菌解磷能力的研究  30
      1.2.2.6 根际解磷细菌的实际应用  30-31
    1.2.3 植物根际解钾微生物的研究  31-34
      1.2.3.1 根际解钾细菌的研究意义  31
      1.2.3.2 根际解钾细菌的解钾效应研究  31-32
      1.2.3.3 根际解钾细菌的解钾作用机理研究  32-33
      1.2.3.4 根际解钾细菌的解钾条件研究  33
      1.2.3.5 解钾细菌的应用  33-34
  1.3 植物根际促生细菌适应性研究  34-36
    1.3.1 物理因子对根际促生细菌的影响  35
      1.3.1.1 温度对根际促生细菌的影响  35
      1.3.1.2 光照对根际促生细菌的影响  35
    1.3.2 化学因子对根际促生细菌的影响  35-36
      1.3.2.1 盐分对根际促生细菌的影响  35-36
      1.3.2.2 pH 对根际促生细菌的影响  36
  1.4 本研究主要内容及重点解决问题  36-37
    1.4.1 主要研究内容  36
    1.4.2 重点解决的问题  36-37
2. 草地早熟禾根际微生物区系研究  37-54
  2.1 不同光照条件下草地早熟禾根际微生物区系动态变化  37-44
    2.1.1 材料和方法  38-41
      2.1.1.1 土壤样品的采集  38
      2.1.1.2 培养基  38-39
      2.1.1.3 主要仪器  39
      2.1.1.4 土壤微生物的分离与计数  39-41
        2.1.1.4.1 土壤微生物的分离  39-41
        2.1.1.4.2 土壤微生物的计数  41
    2.1.2 结果与分析  41-44
      2.1.2.1 不同光照条件下草地早熟禾草坪平均光照时长、10cm 土层温度以及相对湿度  41-42
      2.1.2.2 不同光照条件下草地早熟禾草坪根际及非根际微生物数量变化  42-43
      2.1.2.3 不同光照条件下草地早熟禾草坪根际及非根际微生物的根际效应  43-44
    2.1.3 讨论与结论  44
  2.2 不同肥力条件下草地早熟禾根际微生物区系动态变化  44-48
    2.2.1 材料和方法  45
      2.2.1.1 土壤样品的采集与处理  45
      2.2.1.2 土壤样品基本理化指标的测定  45
      2.2.1.3 培养基  45
      2.2.1.4 土壤微生物的分离与计数  45
    2.2.2 结果与分析  45-48
      2.2.2.1 不同肥力条件的草地早熟禾根际土壤基本理化性质  45-46
      2.2.2.2 不同肥力条件下草地早熟禾根际及非根际细菌的数量变化  46
      2.2.2.3 不同肥力条件下草地早熟禾根际及非根际真菌的数量变化  46-47
      2.2.2.4 不同肥力条件下草地早熟禾根际及非根际放线菌的数量变化  47-48
    2.2.3 讨论与结论  48
  2.3 返青前后草地早熟禾草坪根际微生物区系动态  48-53
    2.3.1 材料和方法  48-49
      2.3.1.1 土壤样品的采集与处理  48-49
      2.3.1.2 培养基  49
      2.3.1.3 土壤微生物的分离与计数  49
    2.3.2 结果与分析  49-52
      2.3.2.1 草地早熟禾草坪返青前后根际平均土壤温度及相对湿度  49
      2.3.2.2 草地早熟禾返青前后根际和非根际细菌数量变化  49-50
      2.3.2.3 草地早熟禾返青前后根际和非根际放线菌数量的变化  50
      2.3.2.4 草地早熟禾返青前后根际和非根际真菌数量的变化  50-51
      2.3.2.5 草地早熟禾返青前后的根际效应  51-52
      2.3.2.6 草地早熟禾返青前后根际及非根际微生物的构成比例  52
    2.3.3 讨论与结论  52-53
  2.4 本章小结  53-54
3. 草地早熟禾根际促生菌(PGPR)特性研究  54-104
  3.1 材料与方法  54-77
    3.1.1 土壤样品的采集与处理  54-55
    3.1.2 选择性培养基  55-56
    3.1.3 PGPR 菌的分离与纯化  56-57
      3.1.3.1 固氮菌分离与纯化  56-57
      3.1.3.2 磷细菌分离与纯化  57
      3.1.3.3 钾细菌分离与纯化  57
    3.1.4 PGPR 菌株的形态学观察  57-61
      3.1.4.1 菌落形态观察  57
      3.1.4.2 细胞形态观察  57-61
        3.1.4.2.1 革兰氏染色  57-58
        3.1.4.2.2 荚膜染色  58-59
        3.1.4.2.3 芽孢染色  59-60
        3.1.4.2.4 鞭毛染色  60-61
    3.1.5 菌株生理生化反应  61-70
      3.1.5.1 过氧化氢酶反应  61
      3.1.5.2 葡萄糖氧化发酵  61-62
      3.1.5.3 糖或醇类发酵  62
      3.1.5.4 V-P 测定  62-63
      3.1.5.5 淀粉水解  63-64
      3.1.5.6 吲哚试验  64
      3.1.5.7 利用柠檬酸盐  64-65
      3.1.5.8 明胶液化  65
      3.1.5.9 卵磷脂酶测定  65
      3.1.5.10 酪素水解  65-66
      3.1.5.11 果胶水解  66
      3.1.5.12 氧化酶  66-67
      3.1.5.13 硝酸盐还原  67
      3.1.5.14 色素产生  67-68
      3.1.5.15 硫化氢产生试验  68
      3.1.5.16 丙二酸利用  68-69
      3.1.5.17 厌氧性测定  69
      3.1.5.18 pH 5.7 营养肉汤上的生长  69-70
    3.1.6 PGPR 菌株的鉴定  70
    3.1.7 PGPR 菌株效能测试  70-77
      3.1.7.1 固氮菌效能测试  70-74
        3.1.7.1.1 固氮菌固氮效能测试  70-71
        3.1.7.1.2 固氮菌溶磷能力测试  71-73
        3.1.7.1.3 固氮菌分泌植物生长素性能测试  73-74
      3.1.7.2 磷细菌效能测试  74-75
      3.1.7.3 钾细菌效能测试  75-77
    3.1.8 PGPR 菌株的筛选  77
  3.2 结果与分析  77-97
    3.2.1 PGPR 菌株的形态学特性  77-83
      3.2.1.1 固氮菌的菌落形态及细胞特性  77-79
      3.2.1.2 磷细菌的菌落特征及细胞特性  79-82
      3.2.1.3 钾细菌的菌落特征及细胞特性  82-83
    3.2.2 PGPR 菌株生理生化反应特性  83-88
      3.2.2.1 固氮菌生理生化反应特性  83-85
      3.2.2.2 磷细菌生理生化反应特性  85-87
      3.2.2.3 钾细菌生理生化反应特性  87-88
    3.2.3 PGPR 菌株的鉴定  88-90
      3.2.3.1 固氮菌的鉴定  88-89
      3.2.3.2 磷细菌的鉴定  89-90
      3.2.3.3 钾细菌的鉴定  90
    3.2.4 PGPR 菌株效能测试  90-96
      3.2.4.1 固氮菌的效能测试  90-93
      3.2.4.2 磷细菌的效能测试  93-96
      3.2.4.3 钾细菌的效能测试  96
    3.2.5 PGPR 菌株的筛选  96-97
  3.3 讨论与结论  97-103
    3.3.1 草地早熟禾根际土壤的采集  97
    3.3.2 分离培养基的选择  97-98
    3.3.3 菌株的分离纯化  98
    3.3.4 菌株的形态学观察  98-100
      3.3.4.1 菌株的菌落特征观察  98-99
      3.3.4.2 菌株的细胞形态观察  99-100
    3.3.5 菌株的生理生化反应  100-101
    3.3.6 菌株的鉴定  101-102
    3.3.7 菌株的效能测试  102-103
    3.3.8 菌株的筛选  103
  3.4 本章小结  103-104
4. PGPR 菌最适培养条件及生长曲线的测定  104-125
  4.1 材料与方法  104-106
    4.1.1 供试菌株  104
    4.1.2 培养基  104
    4.1.3 主要仪器  104
    4.1.4 不同条件对供试菌株生长的影响  104-106
      4.1.4.1 温度条件对菌株生长的影响  104-105
      4.1.4.2 初始pH 值对菌株生长的影响  105
      4.1.4.3 通气条件对菌株生长的影响  105
      4.1.4.4 光照强度对菌株生长的影响  105-106
    4.1.5 典型生长曲线的测定  106
      4.1.5.1 种子液的培养  106
      4.1.5.2 供试菌株不同生长时间培养液的获取  106
      4.1.5.3 活菌计数法测定供试菌株的细胞密度  106
      4.1.5.4 典型生长曲线的绘制  106
  4.2 结果与分析  106-122
    4.2.1 不同条件对供试菌株生长的影响  106-118
      4.2.1.1 温度条件对菌株生长的影响  107-110
      4.2.1.2 初始pH 值对菌株生长的影响  110-112
      4.2.1.3 通气条件对菌株生长的影响  112-116
      4.2.1.4 光照强度对菌株生长的影响  116-118
    4.2.2 典型生长曲线的测定  118-122
  4.3 讨论与结论  122-124
    4.3.1 不同温度条件对供试菌株生长的影响  122-123
    4.3.2 不同的初始pH 值对菌株生长的影响  123
    4.3.3 不同的通气条件对菌株生长的影响  123
    4.3.4 不同光照强度对菌株生长的影响  123-124
    4.3.5 典型生长曲线的测定  124
  4.4 本章小结  124-125
5. 问题与展望  125-127
参考文献  127-139
个人简介  139-140
导师简介  140-141
获得成果目录清单  141-142
致谢  142

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