不同农田土壤微生物群落对石油污染及种植刺槐的响应

发布时间：2017-05-25 21:13

  本文关键词：不同农田土壤微生物群落对石油污染及种植刺槐的响应，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤是农业生产的基础,当土壤受到石油污染后,土壤功能下降,农作物的生长和土壤微生物都会受到严重危害。土壤微生物是土壤形成、生物地球化学循环、污染物质降解的主要参与者,它是影响土壤生态过程的一个重要因素。研究农田土壤微生物对石油污染的响应对探索农田生态系统功能和促进土壤的可持续利用具有重要的意义。本论文从全国21个地点采集农田土壤,分别对土壤进行4种处理:加水保育、石油污染、种植刺槐、石油污染+种植刺槐,温室培养60天,利用16S rRNA Miseq高通量测定土壤细菌群落,分析不同处理的土壤细菌群落的多样性和群落组成,比较处理间细菌群落的差异,阐明响应石油污染的农田土壤微生物群落变化,同时,利用种植刺槐捕捉土壤中的根瘤菌,探究石油污染土壤刺槐共生根瘤菌的多样性及其对共生根瘤菌的选择。主要的结果如下:通过高通量测序,从105个土壤样品共得到3489918条高质量序列,6698个OTUs,这些OTUs分布在39种门,120种纲,174种目,226种科,260种属中。其中,主要包括细菌4个门,分别是Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria和Chloroflexi;古细菌中Crenarchaeota门中的Nitrososphaera属是主要类群(0.19%)。对微生物群落组成进行分析,结果表明不同的土壤处理对土壤细菌群落的α多样性与β多样性具有显著的影响。经过石油污染处理后,土壤中细菌的多样性降低,且群落结构发生显著改变。与原始土壤各组富集的OTUs类型相比,各处理OTUs的组成和丰度显著不同,其中石油污染与石油污染+种刺槐处理组中富集的类群大多都能参与石油降解过程。在石油污染和未污染的土壤中种植刺槐,结果共捕捉得到的61株根瘤菌,16S rDNA序列分析表明这些根瘤菌属于4个属Rhizobium、Shinella、Sinorhizobium和Mesorhizobium。其nodA基因与Mesorhizobium、Sinorhizobium和Rhizobium三个属接近;nodC基因和Rhizobium leguminosarum系统发育距离最近。固氮基因nifH与nodA基因分析结果相似。将21个地点视为整体来看,石油对刺槐根瘤菌多样性无显著影响。针对各点具体分析,发现在三个地点石油显著改变根瘤菌的共生。本试验研究了多个地点农田土壤微生物群落响应石油污染和植物种植的变化,揭示了石油-植物复合体系对农田生态系统微生物组成及结构的影响,为预测大区域土壤污染后,农田土壤微生物的响应及种植植物后微生物群落的变化等提供基本线索,为农田土壤石油污染修复提供相关微生物多样性资源和基因水平上的微生态信息。
【关键词】：农田土壤 石油污染 微生物群落 根瘤菌
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;S792.27;S154.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 综述11-25
• 1.1 土壤受石油污染现状及危害11-13
• 1.1.1 石油污染及危害11
• 1.1.2 我国耕地污染现状11-12
• 1.1.3 土壤微生物重要性12-13
• 1.2 石油污染研究现状13-16
• 1.2.1 石油污染对微生物群落的影响13-14
• 1.2.2 石油降解菌的研究14-15
• 1.2.3 微生物的降解功能基因研究15-16
• 1.3 石油污染的修复16-17
• 1.4 微生物生态的研究方法17-19
• 1.4.1 平板培养观察17
• 1.4.2 BIOLOG鉴定系统17
• 1.4.3 分子生物学技术17-18
• 1.4.4 宏基因组18-19
• 1.5 微生物生态中常用的多元统计方法19-23
• 1.5.1 探索性途径19-20
• 1.5.2 解释性途径20-22
• 1.5.3 差异方法22-23
• 1.6 研究目标23-24
• 1.7 技术路线24-25
• 第二章 石油污染对农田土壤微生物群落的影响25-42
• 2.1 材料与方法25-29
• 2.1.1 采样25-26
• 2.1.2 人工模拟石油污染26
• 2.1.3 刺槐种子的催芽26
• 2.1.4 试验处理26-27
• 2.1.5 土壤理化性质测定27
• 2.1.6 取样及土壤DNA的提取27-28
• 2.1.7 MiSeq焦磷酸高通量测序28
• 2.1.8 16S rRNA扩增测序分析28-29
• 2.1.9 高通量测序数据分析29
• 2.2 结果与分析29-40
• 2.2.1 各地土壤理化性质29-31
• 2.2.2 不同处理的微生物群落组成31-32
• 2.2.3 不同处理对土壤中微生物群落的多样性的影响32-40
• 2.3 讨论40-42
• 第三章 石油污染胁迫对刺槐根瘤菌多样性及共生的影响42-62
• 3.1 材料与方法43-46
• 3.1.1 刺槐种子的萌发43
• 3.1.2 收集植物及根瘤43
• 3.1.3 根瘤菌菌株的分离43
• 3.1.4 根瘤菌DNA的提取43-44
• 3.1.5 根瘤菌 16S rDNA、nodA、nodC、nif H基因的扩增鉴定44-45
• 3.1.6 结瘤试验45-46
• 3.2 结果与分析46-59
• 3.2.1 植物数据统计46
• 3.2.2 根瘤菌 16S rDNA系统发育地位46-50
• 3.2.3 捕捉得到根瘤菌地理分布50-51
• 3.2.4 根瘤菌结瘤基因系统发育51-55
• 3.2.5 根瘤菌固氮基因系统发育55
• 3.2.6 结瘤试验结果55-57
• 3.2.7 石油污染下刺槐对根瘤菌的选择57-59
• 3.3 讨论59-62
• 总结和展望62-63
• 参考文献63-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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