杉木幼林土壤微生物对氮沉降的响应及固氮菌株的研究

发布时间：2018-06-22 07:21

本文选题：杉木 + 氮沉降　；参考：《中国林业科学研究院》2017年博士论文

【摘要】：随着我国社会经济及工农业的发展,人类活动造成的氮沉降量不断升高,沉降速率持续增加。大量研究表明过量的氮沉降对生态系统健康存在消极影响。杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)林是我国最重要的人工林之一,其种植面积和蓄积量均居人工乔木林之首,杉木速生丰产对于我国林业事业发展至关重要。杉木林下土壤是杉木生长的物质基础和支撑,微生物是土壤中重要的组成部分,对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变等均有重大影响,对环境变化的响应具有特别的敏感性。因此选择杉木林下土壤微生物为研究对象,通过模拟氮沉降对杉木林下土壤微生物影响的研究,为氮沉降对杉木林土壤性质及肥力的影响提供科学依据。并在此基础上,针对杉木林开展具有高效溶磷、解钾、抗逆、拮抗病原菌的复合功能菌株筛选,为进一步应用生态友好型的微生物肥料打下了坚实的理论基础。本研究以江西省分宜县山下林场的幼龄杉木林为研究对象,以空间代替时间的方法进行氮沉降模拟实验,实验周期为2年。沉降的氮形态为铵态氮和硝态氮,氮沉降量为:0、20、40、60和80 kg N hm-2 a-1。通过平板计数法、磷脂脂肪酸法、16S rDNA高通量测序法全面研究了氮沉降对杉木林土壤微生物区系、结构多样性和遗传多样性的影响。并将研究重点放在了土壤有益微生物固氮细菌上,先后进行了nifH基因验证、溶磷、解钾、抗逆、拮抗病原菌等多功能研究、菌株生长特性研究。并对最具应用潜力的复合功能菌株进行菌种鉴定、对拮抗物质特性进行初探。氮沉降对可培养的微生物总数、细菌、真菌及固氮细菌数量随着氮沉降量的增加表现出先增加再减少的趋势,沉降铵态氮对真菌数量影响显著。沉降铵态氮时,活体微生物总量、革兰氏阳性菌及阴性菌、细菌、真菌和放线菌含量均高于对照样地,且对土壤中细菌和放线菌含量影响显著;沉降硝态氮时其总量、革兰氏阳性菌及阴性菌、细菌、真菌和放线菌含量随着硝态氮沉降量增加先增加后减少。高通量测序法检测到除N80处理外,其他氮沉降处理均抑制了土壤中细菌的生长,氮沉降量对细菌总量影响的变化趋势与土壤中NH4+-N:NO3--N的比值变化趋势一致。整个检测中,硝态氮沉降处理中的unique tags和OTUs值均高于铵态氮处理。在整个研究中共检测出22个细菌菌门,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),其中酸杆菌门在细菌中的百分含量随沉降铵态氮量的增加而降低,随着沉降硝态氮量的增加而增加。筛选出具有固氮功能基因的菌株103株,其最适宜的生长条件为温度28℃,pH=7。筛选出抗逆性(低温碱性、高温碱性、广谱pH值)较强的固氮功能细菌10株,具有溶解无机磷Ca3(PO4)2能力的菌株42株,溶解有机磷(蛋黄卵磷脂)的菌株12株,具有解钾能力的菌株12株。通过生长条件聚类分析及所有菌株的16S rDNA鉴定比对得出,菌株的生长特性与系统发生位置有一定关联。通过平板对峙法初筛到对尖孢镰刀菌、腐皮镰孢菌、胶孢炭疽菌及拟盘多毛孢菌4种林木常见病原菌均具有拮抗能力的广谱拮抗菌24株。再结合菌株的溶磷解钾特性、16S rDNA测序比对、形态学分析及液体复筛结果,最终筛选到最具应用潜力的菌株为2024和7014。菌种鉴定得出2024菌株为枯草芽孢杆菌枯草亚种,7014菌株为成团泛菌。7014菌株对88533及6913真菌的拮抗能力受pH值影响较小,对5143真菌的抑菌能力变化规律为随着pH值的增加先升高再降低。2024菌株对88533真菌的拮抗能力pH值稳定性较好,而对6913及5143真菌的拮抗能力受pH值变化影响较大。7014和2024菌株拮抗不同真菌时对温度变化的响应规律一致,其抑菌能力最大值均出现在25-40℃间,最低抑菌能力出现在100℃处。7014菌株对所有真菌的拮抗能力在365 nm处理最强,2024菌株对真菌的拮抗能力在黑暗处理最强。通过拮抗物质特性研究,初步判定7014菌株的抑菌原因为掠夺真菌生长所需的养分,2024菌株的抑菌物质主要为细菌生长过程中分泌的某些大分子类物质。
[Abstract]:In this paper , the effects of nitrogen deposition on soil microbial flora , structure diversity and genetic diversity of Chinese fir plantation were studied by means of plate counting method , phospholipid fatty acid method and 16S rDNA high flux sequencing method . A total of 22 strains with nitrogen - fixing function were identified .
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S714.3;S791.27

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