受根结线虫侵染的烟草根际细菌群落特征及南方根结线虫伴生细菌多样性研究

发布时间：2016-11-11 14:08

  本文关键词：受根结线虫侵染的烟草根际细菌群落特征及南方根结线虫伴生细菌多样性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《云南大学》 2015年

受根结线虫侵染的烟草根际细菌群落特征及南方根结线虫伴生细菌多样性研究

曹毅  

【摘要】：根结线虫(Root-knot nematode)是世界范围内最具危害的植物病原,可侵染如粮食、烟草、蔬菜、水果等几乎所有栽培作物,是当前农作物可持续生产的主要限制因子之一。根结线虫在根际环境中完成其主要生活史和侵染循环,处于同一生态位的根结线虫、根际微生物和植物存在紧密的互作关系。本论文揭示了自然条件下感染根结线虫和健康烟草根际细菌的多样性、构成特征及其主要环境影响因子。此外,还对南方根结线虫不同生活史阶段伴生细菌的组成和多样性进行研究,主要结果如下： 1.大尺度地理生境下烟草根际细菌群落结构、多样性和优势菌群 从我国10个省市28个植烟区采集65份根际土壤样品(其中感染根结线虫的烟草根际土壤28份,健康根际土壤27份,其他植物根际土壤10份),采用罗氏454GS FLX测序平台对根际土壤细菌16S rDNA的V1—V3区扩增子进行高通量测序,对获得的464879条序列进行数据处理和分析,比较了不同地区烟草根际细菌菌群结构、组成和多样性,分析了烟草根际土壤优势菌群。结果表明：(1)烟草根际菌群主要由细菌域的变形菌门、厚壁菌门、酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门,候选门WS3、TM7等23个门和分类地位未知的细菌组成,其中以酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和候选门WS3为主。不同地理来源的烟草根际土壤样品细菌组成种类及数量类似,但相对丰度差异较大。(2)不同地区烟草根际细菌多样性(alpha多样性)差异明显,同一地区样本间菌群组成较相似(Beta多样性)。(3)Rhizobium、Streptomyces、Sphingomonas、Singulisphaera等16个属的细菌类群构成了烟草根际微生物的优势种群(相对丰度1%)。 2.环境和土壤理化性质的相互作用决定了烟草根际细菌群落 对不同地理来源,土壤pH、有机质、主要矿物元素等12个理化因子与根际土壤细菌菌群的相关性分析发现：(1)不同地理来源样品的根际土壤细菌菌群组成差异明显,且根际土壤菌群的聚类与地理来源有较好的相关性。(2)土壤pH与地理来源、细菌组成具有相关性；其他理化因子与地理来源、细菌组成无明显相关性。结果表明,环境因子,如地理格局和土壤pH值等可能通过相互作用决定了烟草根际细菌在空间尺度上的构成,而相互作用取决于环境的不同。 3.根结线虫侵染对烟草根际细菌菌群的影响 通过比较感染根结线虫和健康烟草根际细菌的组成和多样性,发现患病和健康烟草根际细菌菌群间的α多样性、β多样性和根际优势菌群的分布存在一定差异,表明线虫侵染在一定程度上影响了寄主植物根际细菌菌群。进一步对患病和健康根际菌群共存模式(co-occurrence pattern)进行分析,发现感染根结线虫和健康烟草根际细菌中显著关联共存菌群的种类和数量明显不同。在健康烟草根际土壤细菌中有分属于7个门的32个细菌类群共存,共存的菌群主要分布于Proteobacteria(13个类群)、Actinobacteria(7个类群)、Planctomycetes(4个类群)和Firmicutes(3个类群)；在感染根结线虫的烟草根际土壤中有分属于10个门的42个细菌类群共存,共存类群在Proteobacteria增加为22个,Firmicutes和Actinobacteria分别减少2个和1个,同时Bacteroidetes(3个类群)、Nitrospirae(1个类群)和Gemmatimonadetes(1个类群)只在患病烟草根际土壤共存。利用不同统计检验方法对患病和健康根际细菌菌群的比较分析发现,Rhizobium、Novosphingobium与根结线虫患病显著相关。 对根结线虫侵染和土壤理化因子的相关性分析显示,单一土壤理化因子与是否感染根结线虫没有相关性。进一步以样品是否感染根结线虫为响应变量,地域为随机效应,各项理化指标为固定效应,构建广义线性混合模型评估土壤理化因子和是否感染根结线虫的关系,结果显示当用大量营养元素(N、P、K和有机质)和pH作固定效应时,钾的含量与是否感染根结线虫具有显著负相关；当用微量营养元素(Cu, Zn, Mn, Fe, Mg)做固定效应时,铜和锰含量与是否感染根结线虫具有显著负相关。当用有机营养元素和无机营养元素做固定效应时,钾的含量与是否感染根结线虫具有显著负相关。上述结果表明,以土壤钾含量为主的土壤理化因子和生物因素的交互作用影响了烟草根结线虫病的发生。 4.不同生活史阶段南方根结线虫伴生细菌多样性 利用454高通量测序技术对不同生活史阶段(卵块、雌虫和二龄幼虫)南方根结线虫的伴生菌多样性进行研究,结果表明变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和拟杆菌门细菌为南方根结线虫伴生菌的优势菌群,其中以变形菌门细菌丰度最高。线虫三个生活史阶段存在核心伴生菌群,但各生活史阶段线虫伴生菌群组成和多样性略有不同,可能与线虫不同生活史阶段的栖居环境和线虫生长发育相关。一些被认为是根结线虫潜在生防因子的细菌,如放线菌和假单胞菌在线虫卵块的丰度和多样性较高,但在二龄幼虫和雌虫中数量急剧减少；同时,一些在其他植物寄生线虫和自由生活线虫中已鉴定的伴生菌,如Pedobacter也同时存在于南方根结线虫中。结果表明,根结线虫伴生着多样的细菌,这些伴生细菌可能对线虫具有重要的作用,某些细菌可能是线虫潜在的生物防治因子或靶标。 本论文的结果有助于解析根结线虫—植物—根际细菌间的相互关系,为阐明根结线虫的发病机理提供参考数据,同时也可为根结线虫的生物防治提供新思路。

【关键词】：
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S435.72
【目录】：

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