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大豆连作对根际土壤生物群落的影响

作　者: 王进闯
导　师: 王敬国
学　校: 中国农业大学
专　业: 植物营养学
关键词: 大豆连作细菌群落真菌群落线虫镰刀菌疫霉菌演替
分类号: S154.3
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

为了加深理解大豆连作的生物学障碍机理,本文采用高通量测序和末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)、聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳(DGGE)和定量(qPCR)方法,研究了连作13年的大豆根际细菌、真菌和线虫,以及镰刀菌、大豆疫霉菌的群落结构和丰度的动态。同时,通过与环境因子进行相关性分析,阐明驱动根际生物类群动态变化的关键因子。另外,通过建立微宇宙系统,利用DGGE和qPCR的方法,研究了大豆异黄酮对镰刀菌和大豆疫霉菌的影响,探讨了大豆异黄酮对主要病原菌的生态功能。结果如下：(1)连作1-3年根际真菌群落的丰度显著高于连作6-13年,而真菌的香农指数和均匀度在6-13年显著高于1-3年。在连作2-3年内,疾病真菌(Boeremia和Clavariopsis)的相对丰度更高,而有益菌(Bionectria, Melanospora和Hypocrea)的相对丰度较低。另外,根的分泌物如类黄酮、染料木因和pH是调节真菌群落的重要因子。细菌丰度从1-3年迅速减少,之后保持相对稳定。细菌群落组分受可利用性磷(AP)、硝态氮(N03-)和pH的影响。这些结果说明从起初的健康土壤到致病土壤的转化可能主要是由于致病真菌的相对丰度较高,而且真菌群落与细菌比例增加有关。之后,从致病土壤到抑病土壤的转化和土壤抑制特性的可持续性可能与土壤中有益菌的比例提高有关。根系分泌物和土壤性质是驱动微生物群落变化的因子。(2)在1到13年,镰刀菌的群落结构和丰度都没有清楚的时间趋势。土壤的异黄酮物质和镰刀菌群落的变化具有明显相关性。另外,大豆疫霉菌的丰度从第1到第3年增加,之后开始减少。大豆疫霉菌与类黄酮的浓度呈负相关。物种少的镰刀菌群落是物种丰富的镰刀菌群落的子集,说明在种库中连续的演替是巢氏和物种的丧失。镰刀菌群落可能由随机和环境过程影响,镰刀菌群落可能不是导致大豆产量降低的主要因子,根际中大豆疫霉菌的密度或许更重要。(3)线虫群落结构在连作期间发生了明显变化。线虫的物种丰富度随着连作年限的增加呈逐渐降低的趋势。第1年物种丰富度最高,第3年的丰富度显著低于第1年,之后逐渐降低。大豆根际土中共检测到16个线虫群落T-RF(末端限制性片段),且大多数T-RF能从克隆文库中鉴定。在大豆根际土中,食细菌线虫(Acrobeloides)是最丰富的有机体。在连作2-3年,植物寄生线虫相对丰度增加,而在连作后期,植物寄生线虫相对丰度减少。NMDS分析显示,第1年线虫群落与其余年限分开,而第2和第3年聚集较近,后面9、11和13年聚集较近。另外,线虫群落结构与pH、土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)、细菌数量和真菌数量相关。线虫丰度呈先增后降的趋势,最高值出现在第6年。线虫的基因拷贝数与土壤NH4+和染料木因(genisten)浓度呈显著正相关,而与N03-和细菌的基因拷贝数呈显著负相关。说明多个因素驱动着连作过程中线虫群落变化,不仅受到土壤性质的影响,而且受到微生物群落影响。线虫群落的变化,特别是植食性线虫的变化,可能是导致连作障碍的因素之一。(4)外源添加黄酮物质改变了镰刀菌群落结构。培养前期(第3天),黄酮溶液对镰刀菌丰度影响最大,随着培养时间的延长,黄酮溶液对镰刀菌丰度的影响较小。可是,在培养第3天,黄酮溶液没有改变大豆疫霉菌的丰度,当培养7天后,高浓度的大豆苷元和染料木因以及混合液对大豆疫霉菌产生了显著的抑制作用。培养14天,只有最高浓度的混合液促进了大豆疫霉菌的数量。大豆苷元和染料木因对镰刀菌和大豆疫霉菌能产生促进或抑制作用,主要取决于培养时间和黄酮物质的浓度。通过上述研究得出以下结论(1)长期大豆连作使土壤细菌、真菌、线虫和镰刀菌群落的物种丰富度降低；(2)连作使土壤生物群落的基因拷贝数减少。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-11
第一章前言  11-22
  1.1 研究目的和意义  11-13
  1.2 文献综述  13-20
  1.3 研究思路与问题提出  20
  1.4 研究内容  20-21
  1.5 技术路线  21-22
第二章大豆连作中根际细菌和真菌群落的动态变化  22-40
  2.1 材料与方法  23-27
  2.2 结果  27-35
  2.3 讨论  35-38
  小结  38-40
第三章大豆连作对镰刀菌和大豆疫霉菌的影响  40-51
  3.1 材料与方法  41-43
  3.2 结果  43-48
  3.3 讨论  48-50
  小结  50-51
第四章长期大豆连作对根际线虫群落的影响  51-62
  4.1 材料与方法  52-55
  4.2 结果与分析  55-59
  4.3 讨论  59-61
  小结  61-62
第五章异黄酮对镰刀菌和大豆疫霉菌的影响  62-72
  5.1 材料与方法  63-65
  5.2 结果与分析  65-70
  5.3 讨论  70-71
  小结  71-72
第六章综合讨论  72-75
  6.1 大豆连作障碍和自然衰退的生物学机制  72-73
  6.2 根系特定分泌物对病原菌的影响  73
  6.3 方法上的探讨  73-75
第七章结论与展望  75-77
  7.1 结论  75-76
  7.2 展望  76-77
参考文献  77-90
致谢  90-91
附录  91-105
个人简介  105

大豆连作对根际土壤生物群落的影响

内容摘要

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