固氮蓝藻和促腐剂对水稻土壤微生物和产量品质的影响
发布时间：2021-01-08 17:52
水稻种植每年产生大量水稻秸秆,稻秆的不合理利用会造成环境污染和资源的浪费。秸秆的碳氮比（C/N）过高影响分解秸秆的微生物发挥作用,需施加化学氮肥来调节腐解底物的C/N比,促进稻秸的腐解。固氮蓝藻是具有固氮能力的光合自养型生物,在稻田中能够长期供氮,如果能够用固氮蓝藻代替化学氮肥发挥作用,在农业生产上具有重要的意义。本研究采用限制性培养技术构建了固氮蓝藻复合菌系,采用高通量测序技术检测了固氮蓝藻复合菌系的群落组成,评估了6种市售秸秆促腐剂配施固氮蓝藻复合菌系组合的腐解稻秆能力,将固氮蓝藻复合菌系和微生物促腐剂按常规用量施入盆栽水稻水体中,探索了固氮蓝藻复合菌系和促腐剂对水稻产量和品质的影响,检测了土壤细菌群落结构变化和土壤酶活性、微生物数量的变化,旨在明晰固氮蓝藻和促腐剂对高产优质水稻土壤细菌群落的影响,得到如下研究结果:1.将取自多个地点的稻田水样和土样混合后,在无氮的BG-11液体培养基中富集培养得到固氮蓝藻菌群,提取富集后的固氮蓝藻复合系的微生物菌体DNA,基于16S rRNA和nifH基因进行高通量测序,分析复合菌系的群落组成,发现该菌系中具有丰度较高的三种蓝藻类型:湖丝藻（Li...
【文章来源】： 杨帆 黑龙江八一农垦大学
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓝藻门水平菌群分类学组成和分布图（左：16SrRNA，右：nifH）
固氮蓝藻和促腐剂对水稻土壤微生物和产量品质的影响20形菌门β-变形菌纲红环菌目红环菌科，是水稻根际细菌，具有固氮功能[89]。图3-2属水平菌群分类学组成和分布图（左：16SrRNA，右：nifH）Figure3-3Taxonomiccompositionanddistributionofthehorizontalflora(Left:16SrRNA,right:nifH)基于nifH基因从属分类水平上分析测序结果可知，固氮蓝藻菌系中主要有Agrobacterium、Flavihumibacter、细鞘丝藻属（Leptolyngbya）、Bradyrhizobium、螺旋体属（Spirochaeta）、Azotobacter、Azoarcus和眉藻属（Calothrix）。其中Agrobacterium属于变形菌门α-变形菌纲根瘤菌目根瘤菌科，其基因组包含DyP型过氧化物酶和多铜氧化酶（MCO），两者具有木质素氧化活性[90]。Spirochaeta属于螺旋体门螺旋体纲螺旋体目螺旋体科，能够分解纤维素，需要碱性环境才能生长[91]，从藻席中分离，推测是蓝藻的伴生细菌[92]。Azotobacter属于变形菌门γ-变形菌纲假单胞菌目假单胞菌科，是稻田中的有益菌，具有固氮能力[93]，能够促进小麦生长，减少化肥的施用[94]。综合分析，固氮蓝藻复合菌系中含有的蓝藻类型主要有：湖丝藻（Limnothrix）、细鞘丝藻（Leptolyngbya）和眉藻（Calothrix）。有研究发现湖丝藻基因组具有硝酸盐、铵盐和氰酸盐的转运蛋白，表明它们可以将这些化合物用作氮源，在形态上与系统发育上与假单胞菌属密切相关[85]，在其毛状体中没有细胞分化或分支，呈现出具有极性和/或中央气态以及非常轻微或不存在运动性的狭窄圆柱形细胞[95]。Leptolyngbya能快速生长，并且有较高含量的蛋白质，本身不具有毒性[96]，是稻田中重要的丝状蓝细菌,可以从水稻根系分离得到,从其培养物中检测到一定含量的吲哚乙酸(IAA),能够促进豌豆幼苗生根[97]
，发现能够有效分解废水中的苯酚[100]。Calothrix存在于稻田中，能够耐受低浓度的氟氯氰菊酯（杀虫剂）生物量不发生改变[101]，稻田中使用杀虫剂会影响Calothrix的固氮能力[102]，可与真菌协同提高土壤养分的生物利用度和秋葵的产量[103]，具有定殖在水稻根和茎的能力[104]，在接种Calothrix的水稻中，固氮酶活性和吲哚乙酸产量以及水解和防御酶活性显著增加，基于PCR的分析和扫描电子显微镜（SEM）观察证实了植物组织内部已接种蓝藻细菌[105]。3.26种微生物秸秆促腐剂的筛选3.2.1不同处理水稻秸秆颜色的变化图3-3为培养结束后的各处理秸秆的变化情况，由表3-1可知，CK0(不加菌剂)在整个的培养过程中颜色基本未发生变化；CK1（固氮蓝藻）第35d时变为褐黄；BJ、BJ+L、YFB和YFB+L处理前21d颜色基本无明显变化，后14d大部分秸秆变为微黄；WB、QF、YJY和ZT处理在培养至35d后秸秆颜色全部由黄色变为褐黄色；WB+L、QF+L、YJY+L和ZT+L处理在培养14d后颜色开始发生明显变化，培养结束后颜色均为黑色。图3-3培养结束后秸秆的变化Fig.3-3StrawchangeattheendofthetestA：CK0；B：BJ；C：WB；D：YJY；E：QF；F：ZT；G：YFB；H：CK1；I：BJ+L；J：WB+L；K：YJY+L；L：QF+L；M：ZT+L；N：YFB+L3.2.2不同处理水稻秸秆失重率的变化由表3-1可知，随着腐解时间的延长，各处理的秸秆失重率均逐渐升高。第7d时，CK1的失重率最高，为4.49%，显著高于其他处理（P<0.05，下同）；其次为YJY+L处理，秸秆失重率为2.53%。第14~28d时，均为YJY+L处理失重率最高，分别达17.08%、21.92%和28.67%。培养至35d时，QF+L处理失重率最高，达30.09%，ZT+L和YJY+L处理其次，失重率分别为29%和28.87%，三者间差异不显著（P>0.05），但均显著高于其他处理。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响[J]. 张鑫,周卫,艾超,黄绍敏,梁国庆. 植物营养与肥料学报. 2020(02)
[2]不同花生品种秸秆与籽仁营养成分综合分析[J]. 张忠信,王庆东,赵婧伊,董文召,韩锁义,高伟,刘华,徐静,杜培. 植物遗传资源学报. 2020(01)
[3]基于光合菌剂的复合微生物菌肥对水稻产量及土壤酶活性的影响[J]. 符菁,赵远,赵利华,张玉虎,荆玉琳,胡茜,张艺,张晟,卫国华,申荣艳,朱雅红. 西南农业学报. 2019(10)
[4]减氮施肥对寒地水稻产量品质及抗倒性的影响[J]. 李红宇,周雪松,杨锡铜,刘梦红,赵海成,郑桂萍,陈立强,赫臣. 黑龙江八一农垦大学学报. 2019(05)
[5]黄土丘陵区4种典型植被对土壤养分及酶活性的影响[J]. 闫丽娟,王海燕,李广,吴江琪. 水土保持学报. 2019(05)
[6]减量施肥对不同品种水稻产量和肥料效率的影响[J]. 姜彩霞,周江明,夏艺轩,周梦真,王文丽,薛才余. 浙江农业科学. 2019(10)
[7]中国农作物秸秆资源时空分布及其产率变化分析[J]. 卫洪建,杨晴,李佳硕,杨海平,陈汉平. 可再生能源. 2019(09)
[8]秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响[J]. 王晶,马丽娟,龙泽华,闵伟,侯振安. 环境科学. 2020(01)
[9]缺氮胁迫对固氮蓝藻鱼腥藻PCC7120 DNA甲基化修饰模式的影响[J]. 胡浪,郭青青,刘烨蓉,胡章立,王江新,雷安平. 沈阳农业大学学报. 2019(04)
[10]玉米秸秆还田对土壤丛枝菌根真菌群落的影响[J]. 马琨,宋丽丽,王明国,马占旗,安嫄嫄. 应用生态学报. 2019(08)
博士论文
[1]东北稻田水体噬藻体基因多样性与蓝藻及其伴生菌的分离鉴定[D]. 荆瑞勇.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2014
硕士论文
[1]高效降解玉米秸秆复合菌群的构建及其降解效果研究[D]. 刘霄.东北农业大学 2019
[2]耐低温木质纤维素降解菌群的构建及其应用研究[D]. 康志超.中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) 2019
[3]盐碱地中纤维素降解菌的植物促生特性研究[D]. 鲁奥.东北师范大学 2019
[4]三株耐低温纤维素降解菌的筛选及性能研究[D]. 李健.东北农业大学 2018
[5]高温纤维素降解菌的筛选及其复合菌剂对秸秆降解效果的研究[D]. 王元明.南京农业大学 2013
[6]施加生防菌B29对黄瓜根际土壤微生物多样性的影响[D]. 高吉坤.黑龙江大学 2013
[7]一种含链霉菌的腐熟菌剂在麦秸还田中的初步应用研究[D]. 周淑霞.南京师范大学 2013
[8]中低温秸秆降解菌的筛选及其秸秆降解效果研究[D]. 刘爽.中国农业科学院 2011
本文编号：2965037
【文章来源】： 杨帆 黑龙江八一农垦大学
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蓝藻门水平菌群分类学组成和分布图（左：16SrRNA，右：nifH）
固氮蓝藻和促腐剂对水稻土壤微生物和产量品质的影响20形菌门β-变形菌纲红环菌目红环菌科，是水稻根际细菌，具有固氮功能[89]。图3-2属水平菌群分类学组成和分布图（左：16SrRNA，右：nifH）Figure3-3Taxonomiccompositionanddistributionofthehorizontalflora(Left:16SrRNA,right:nifH)基于nifH基因从属分类水平上分析测序结果可知，固氮蓝藻菌系中主要有Agrobacterium、Flavihumibacter、细鞘丝藻属（Leptolyngbya）、Bradyrhizobium、螺旋体属（Spirochaeta）、Azotobacter、Azoarcus和眉藻属（Calothrix）。其中Agrobacterium属于变形菌门α-变形菌纲根瘤菌目根瘤菌科，其基因组包含DyP型过氧化物酶和多铜氧化酶（MCO），两者具有木质素氧化活性[90]。Spirochaeta属于螺旋体门螺旋体纲螺旋体目螺旋体科，能够分解纤维素，需要碱性环境才能生长[91]，从藻席中分离，推测是蓝藻的伴生细菌[92]。Azotobacter属于变形菌门γ-变形菌纲假单胞菌目假单胞菌科，是稻田中的有益菌，具有固氮能力[93]，能够促进小麦生长，减少化肥的施用[94]。综合分析，固氮蓝藻复合菌系中含有的蓝藻类型主要有：湖丝藻（Limnothrix）、细鞘丝藻（Leptolyngbya）和眉藻（Calothrix）。有研究发现湖丝藻基因组具有硝酸盐、铵盐和氰酸盐的转运蛋白，表明它们可以将这些化合物用作氮源，在形态上与系统发育上与假单胞菌属密切相关[85]，在其毛状体中没有细胞分化或分支，呈现出具有极性和/或中央气态以及非常轻微或不存在运动性的狭窄圆柱形细胞[95]。Leptolyngbya能快速生长，并且有较高含量的蛋白质，本身不具有毒性[96]，是稻田中重要的丝状蓝细菌,可以从水稻根系分离得到,从其培养物中检测到一定含量的吲哚乙酸(IAA),能够促进豌豆幼苗生根[97]
，发现能够有效分解废水中的苯酚[100]。Calothrix存在于稻田中，能够耐受低浓度的氟氯氰菊酯（杀虫剂）生物量不发生改变[101]，稻田中使用杀虫剂会影响Calothrix的固氮能力[102]，可与真菌协同提高土壤养分的生物利用度和秋葵的产量[103]，具有定殖在水稻根和茎的能力[104]，在接种Calothrix的水稻中，固氮酶活性和吲哚乙酸产量以及水解和防御酶活性显著增加，基于PCR的分析和扫描电子显微镜（SEM）观察证实了植物组织内部已接种蓝藻细菌[105]。3.26种微生物秸秆促腐剂的筛选3.2.1不同处理水稻秸秆颜色的变化图3-3为培养结束后的各处理秸秆的变化情况，由表3-1可知，CK0(不加菌剂)在整个的培养过程中颜色基本未发生变化；CK1（固氮蓝藻）第35d时变为褐黄；BJ、BJ+L、YFB和YFB+L处理前21d颜色基本无明显变化，后14d大部分秸秆变为微黄；WB、QF、YJY和ZT处理在培养至35d后秸秆颜色全部由黄色变为褐黄色；WB+L、QF+L、YJY+L和ZT+L处理在培养14d后颜色开始发生明显变化，培养结束后颜色均为黑色。图3-3培养结束后秸秆的变化Fig.3-3StrawchangeattheendofthetestA：CK0；B：BJ；C：WB；D：YJY；E：QF；F：ZT；G：YFB；H：CK1；I：BJ+L；J：WB+L；K：YJY+L；L：QF+L；M：ZT+L；N：YFB+L3.2.2不同处理水稻秸秆失重率的变化由表3-1可知，随着腐解时间的延长，各处理的秸秆失重率均逐渐升高。第7d时，CK1的失重率最高，为4.49%，显著高于其他处理（P<0.05，下同）；其次为YJY+L处理，秸秆失重率为2.53%。第14~28d时，均为YJY+L处理失重率最高，分别达17.08%、21.92%和28.67%。培养至35d时，QF+L处理失重率最高，达30.09%，ZT+L和YJY+L处理其次，失重率分别为29%和28.87%，三者间差异不显著（P>0.05），但均显著高于其他处理。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响[J]. 张鑫,周卫,艾超,黄绍敏,梁国庆. 植物营养与肥料学报. 2020(02)
[2]不同花生品种秸秆与籽仁营养成分综合分析[J]. 张忠信,王庆东,赵婧伊,董文召,韩锁义,高伟,刘华,徐静,杜培. 植物遗传资源学报. 2020(01)
[3]基于光合菌剂的复合微生物菌肥对水稻产量及土壤酶活性的影响[J]. 符菁,赵远,赵利华,张玉虎,荆玉琳,胡茜,张艺,张晟,卫国华,申荣艳,朱雅红. 西南农业学报. 2019(10)
[4]减氮施肥对寒地水稻产量品质及抗倒性的影响[J]. 李红宇,周雪松,杨锡铜,刘梦红,赵海成,郑桂萍,陈立强,赫臣. 黑龙江八一农垦大学学报. 2019(05)
[5]黄土丘陵区4种典型植被对土壤养分及酶活性的影响[J]. 闫丽娟,王海燕,李广,吴江琪. 水土保持学报. 2019(05)
[6]减量施肥对不同品种水稻产量和肥料效率的影响[J]. 姜彩霞,周江明,夏艺轩,周梦真,王文丽,薛才余. 浙江农业科学. 2019(10)
[7]中国农作物秸秆资源时空分布及其产率变化分析[J]. 卫洪建,杨晴,李佳硕,杨海平,陈汉平. 可再生能源. 2019(09)
[8]秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响[J]. 王晶,马丽娟,龙泽华,闵伟,侯振安. 环境科学. 2020(01)
[9]缺氮胁迫对固氮蓝藻鱼腥藻PCC7120 DNA甲基化修饰模式的影响[J]. 胡浪,郭青青,刘烨蓉,胡章立,王江新,雷安平. 沈阳农业大学学报. 2019(04)
[10]玉米秸秆还田对土壤丛枝菌根真菌群落的影响[J]. 马琨,宋丽丽,王明国,马占旗,安嫄嫄. 应用生态学报. 2019(08)
博士论文
[1]东北稻田水体噬藻体基因多样性与蓝藻及其伴生菌的分离鉴定[D]. 荆瑞勇.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2014
硕士论文
[1]高效降解玉米秸秆复合菌群的构建及其降解效果研究[D]. 刘霄.东北农业大学 2019
[2]耐低温木质纤维素降解菌群的构建及其应用研究[D]. 康志超.中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) 2019
[3]盐碱地中纤维素降解菌的植物促生特性研究[D]. 鲁奥.东北师范大学 2019
[4]三株耐低温纤维素降解菌的筛选及性能研究[D]. 李健.东北农业大学 2018
[5]高温纤维素降解菌的筛选及其复合菌剂对秸秆降解效果的研究[D]. 王元明.南京农业大学 2013
[6]施加生防菌B29对黄瓜根际土壤微生物多样性的影响[D]. 高吉坤.黑龙江大学 2013
[7]一种含链霉菌的腐熟菌剂在麦秸还田中的初步应用研究[D]. 周淑霞.南京师范大学 2013
[8]中低温秸秆降解菌的筛选及其秸秆降解效果研究[D]. 刘爽.中国农业科学院 2011
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