小麦/苜蓿间作的土壤微生物多样性和种间促进作用研究
发布时间：2020-12-13 01:40
豆科／禾本科间作是中国传统农业中的生产技术和土地利用方式,具有悠久的历史。这种间作系统可以充分利用土地资源和环境资源,提高了资源利用效率,而且具有明显的生态和经济效益。由于植物间作系统的种间促进作用可以改善植物根系和土壤养分环境状况,在控制水土流失和荒漠化防治等方面具有显著的作用。但是,有关禾本科植物尤其是麦类作物和豆科植物苜蓿间作的种间促进作用鲜见报道。为此,采用传统的土壤学和土壤微生物学方法,结合现代分子生物学的方法,通过研究小麦／苜蓿间作系统的植株生长、生物学产量、土壤理化性质和土壤酶的变化情况,进一步利用土壤微生物基因组的高通量分析技术研究小麦／苜蓿间作根际土壤微生物多样性的变化,主要目的是揭示根际微生物多样性与土壤微生物数量、土壤酶活性的相互关系,阐明小麦／苜蓿间作的根际土壤养分资源高效利用的种间促进作用,为农林生产的生物多样性提供理论依据和小麦／苜蓿间作体系的应用提供技术支持。主要研究结论如下：1.小麦／苜蓿间作对生物量、根系及叶片营养元素的影响：与单作相比,间作降低了苜蓿生物量和株高,增加了小麦的生物量和株高；间作小麦的行间麦的生物量高于单作,株高却略低于单作。间作苜蓿的...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 间作的概念
1.3.2 间作对作物产量的影响
1.3.3 间作对作物根系营养的影响
1.3.4 间作对土壤酶活性的影响
1.3.5 间作对土壤化学性质的影响
1.3.6 间作对土壤微生物区系的影响
1.3.7 间作对环境的影响
1.4 间作作物在间作中的作用和地位
1.4.1 间作中的种间促进作用
1.4.2 间作中的种间竞争作用
1.4.3 豆科作物在间作中对氮素促进机理
1.4.4 豆科作物在间作中对磷素促进机理
1.5 土壤微生物生态学研究进展
1.5.1 稀释平板法
1.5.2 BIOLOG微孔板鉴定系统
1.5.3 磷酸脂肪酸图谱
1.5.4 变性/温度梯度凝胶电泳（DGGE/TGGE）
1.5.5 高通量测序技术
1.6 技术路线
1.7 研究的主要内容
2 小麦/苜蓿间作对植株生长与产量的影响
2.1 试验区概况
2.2 供试材料
2.3 试验设计
2.4 样品采集与处理
2.4.1 地上部各指标测定
2.4.2 地下部各指标测定
2.4.3 小麦品质指标的测定
2.4.4 叶片中大量元素及微量元素的测定
2.4.5 土地竞争力评价指标
2.5 数据处理与分析
2.6 结果与分析
2.6.1 小麦/苜蓿间作对地上部生长的影响
2.6.2 小麦/苜蓿间作对地下部生长的影响
2.6.3 小麦/苜蓿间作对小麦品质的影响
2.6.4 小麦/苜蓿间作对叶片中营养元素的影响
2.6.5 小麦/苜蓿间作对土地当量比的影响
2.7 本章小结
3 小麦/苜蓿间作对土壤理化性质及酶活性影响
3.1 土壤样品采集
3.2 测定项目
3.2.1 土壤酶活性的测定
3.2.2 土壤理化性质测定
3.3 数据处理与分析
3.4 结果与分析
3.5 结果与分析
3.5.1 小麦/苜蓿间作对土壤酶活性的影响
3.5.2 小麦/苜蓿间作对土壤大量元素的影响
3.5.3 小麦/苜蓿间作对土壤微量元素的影响
3.6 本章小结
4 小麦/苜蓿间作对土壤碳代谢微生物的影响
4.1 土壤微生物碳代谢试验方法
4.2 相关指数计算
4.3 数据处理与分析
4.4 结果与分析
4.5 结果与分析
4.5.1 平均颜色变化率
4.5.2 土壤微生物群落指数
4.5.3 土壤微生物对碳源利用模式的变化
4.5.4 土壤微生物对碳源利用能力多样性主成分分析
4.5.5 土壤微生物碳源利用图谱主成分分析
4.6 本章小结
5 小麦/苜蓿间作对土壤微生物群落多样性的影响
5.1 试验方法
5.1.1 根际土壤微生物基因组DNA的提取及检测
5.1.2 土壤根际细菌16S rRNA PCR扩增
5.1.3 土壤根际细菌16S rRNA PCR扩增
5.2 测序流程
5.3 数据分析
5.3.1 数据优化与统计分析
5.3.2 OTU聚类分析
5.3.3 多样性指数分析（Alpha-diversity）
5.3.4 稀释曲线（Rarefaction curve）
5.3.5 Shannon-Wiener曲线
5.3.6 Rank-Abundance曲线
5.3.7 PCA分析
5.3.8 多样本相似度树状图
5.3.9 群落结构组分图
5.3.10 群落Heatmap图
5.4 结果与分析
5.4.1 测序结果
5.4.2 菌群丰富度和多样性指数分析
5.4.3 Shannon-Wiener曲线分析
5.4.4 Rank-Abundance曲线
5.4.5 基于分类地位的群落特征分析
5.4.6 主成分分析和聚类分析
5.4.7 利用Venn程序分析不同组之间细菌种水平的关系
5.4.8 Heatmap分析4组测序序列
5.5 本章小结
6 小麦/苜蓿间作对有机磷活化利用的种间促进作用
6.1 试验设计
6.2 测定项目
6.2.1 干物质测定
6.2.2 根长测定
6.2.3 根系酸性磷酸酶活性测定
6.2.4 植物营养元素测定
6.3 数据处理与分析
6.4 结果与分析
6.4.1 供有机磷对小麦/苜蓿间作生物量的影响
6.4.2 供有机磷对小麦/苜蓿间作植株吸磷量的影响
6.4.3 供有机磷对小麦/苜蓿间作根系酸性磷酸酶活性的影响
6.4.4 供有机磷对间作小麦和苜蓿根长的影响
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系[J]. 李晨华,张彩霞,唐立松,熊正琴,王保战,贾仲君,李彦. 微生物学报. 2014(03)
[2]葡萄小麦间作对果园土壤水肥状况及物理性状的影响[J]. 吕中伟,杨占平,王志勇,李小红,刘启山,王鹏. 安徽农业科学. 2013(08)
[3]小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作体系中玉米产量及养分吸收的差异[J]. 王小春,杨文钰,任万军,邓小燕,张群,向达兵,雍太文. 植物营养与肥料学报. 2012(04)
[4]桑树红薯间作模式群体光合特性初步研究[J]. 徐有海,李勇,胡兴明,邓文,叶楚华,彭波,于翠,熊超,郭冬各. 湖北农业科学. 2012(14)
[5]小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对根际土壤细菌群落多样性及植株氮素吸收的影响[J]. 雍太文,杨文钰,向达兵,朱贞颖. 作物学报. 2012(02)
[6]农林间作生态系统的资源利用研究进展[J]. 董宛麟,张立祯,于洋,苟芳,毛丽丽. 中国农学通报. 2011(28)
[7]不同紫云英基因型对难溶性磷吸收利用的影响[J]. 兰忠明,张辉,吴一群,林新坚. 生态环境学报. 2011(10)
[8]桑树大豆间作地上部和地下部的种间作用研究[J]. 郑晓媛,赵莉,许楠,张会慧,孙广玉. 土壤. 2011(03)
[9]玉米大豆间作条件下钾素吸收利用研究[J]. 刘均霞. 宁夏农林科技. 2011(06)
[10]连作土壤微生物区系分析、调控及高通量研究方法[J]. 薛超,黄启为,凌宁,高雪莲,曹云,赵青云,何欣,沈其荣. 土壤学报. 2011(03)
博士论文
[1]灌漠土上连续间作对作物生产力和土壤肥力的影响[D]. 王志刚.中国农业大学 2014
[2]土壤紧实胁迫对玉米根土系统及其生长发育的影响[D]. 王群.河南农业大学 2010
[3]花生与旱作水稻间作系统的氮素营养研究[D]. 王树起.南京农业大学 2006
[4]豆科/禾本科间作的氮铁营养效应及对结瘤固氮的影响[D]. 房增国.中国农业大学 2004
[5]间作作物吸收磷的种间促进作用机制研究[D]. 李淑敏.中国农业大学 2004
[6]豆科/禾本科间作体系中养分竞争和氮素转移研究[D]. 肖焱波.中国农业大学 2003
[7]不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控[D]. 刘晚苟.西北农林科技大学 2001
[8]小麦/玉米/蚕豆间作系统中氮、磷吸收利用特点及其环境效应[D]. 李文学.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]乌头内生细菌群落结构及其与宿主生物碱合成关系研究[D]. 王娜.陕西师范大学 2014
[2]不同林型对林下土壤理化性质与土壤细菌多样性的影响[D]. 李聪.东北林业大学 2013
[3]苏打盐碱地桑树/大豆间作的土壤微生物多样性研究[D]. 李鑫.东北林业大学 2012
[4]原位施用堆肥对重金属污染土壤中小麦生长及Cd、Cu形态的影响[D]. 张喆.华中农业大学 2009
[5]苏北地区主要林粮间作模式的土壤性状及林木对农作物影响状况的研究[D]. 谢莉.南京林业大学 2005
本文编号：2913649
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 间作的概念
1.3.2 间作对作物产量的影响
1.3.3 间作对作物根系营养的影响
1.3.4 间作对土壤酶活性的影响
1.3.5 间作对土壤化学性质的影响
1.3.6 间作对土壤微生物区系的影响
1.3.7 间作对环境的影响
1.4 间作作物在间作中的作用和地位
1.4.1 间作中的种间促进作用
1.4.2 间作中的种间竞争作用
1.4.3 豆科作物在间作中对氮素促进机理
1.4.4 豆科作物在间作中对磷素促进机理
1.5 土壤微生物生态学研究进展
1.5.1 稀释平板法
1.5.2 BIOLOG微孔板鉴定系统
1.5.3 磷酸脂肪酸图谱
1.5.4 变性/温度梯度凝胶电泳（DGGE/TGGE）
1.5.5 高通量测序技术
1.6 技术路线
1.7 研究的主要内容
2 小麦/苜蓿间作对植株生长与产量的影响
2.1 试验区概况
2.2 供试材料
2.3 试验设计
2.4 样品采集与处理
2.4.1 地上部各指标测定
2.4.2 地下部各指标测定
2.4.3 小麦品质指标的测定
2.4.4 叶片中大量元素及微量元素的测定
2.4.5 土地竞争力评价指标
2.5 数据处理与分析
2.6 结果与分析
2.6.1 小麦/苜蓿间作对地上部生长的影响
2.6.2 小麦/苜蓿间作对地下部生长的影响
2.6.3 小麦/苜蓿间作对小麦品质的影响
2.6.4 小麦/苜蓿间作对叶片中营养元素的影响
2.6.5 小麦/苜蓿间作对土地当量比的影响
2.7 本章小结
3 小麦/苜蓿间作对土壤理化性质及酶活性影响
3.1 土壤样品采集
3.2 测定项目
3.2.1 土壤酶活性的测定
3.2.2 土壤理化性质测定
3.3 数据处理与分析
3.4 结果与分析
3.5 结果与分析
3.5.1 小麦/苜蓿间作对土壤酶活性的影响
3.5.2 小麦/苜蓿间作对土壤大量元素的影响
3.5.3 小麦/苜蓿间作对土壤微量元素的影响
3.6 本章小结
4 小麦/苜蓿间作对土壤碳代谢微生物的影响
4.1 土壤微生物碳代谢试验方法
4.2 相关指数计算
4.3 数据处理与分析
4.4 结果与分析
4.5 结果与分析
4.5.1 平均颜色变化率
4.5.2 土壤微生物群落指数
4.5.3 土壤微生物对碳源利用模式的变化
4.5.4 土壤微生物对碳源利用能力多样性主成分分析
4.5.5 土壤微生物碳源利用图谱主成分分析
4.6 本章小结
5 小麦/苜蓿间作对土壤微生物群落多样性的影响
5.1 试验方法
5.1.1 根际土壤微生物基因组DNA的提取及检测
5.1.2 土壤根际细菌16S rRNA PCR扩增
5.1.3 土壤根际细菌16S rRNA PCR扩增
5.2 测序流程
5.3 数据分析
5.3.1 数据优化与统计分析
5.3.2 OTU聚类分析
5.3.3 多样性指数分析（Alpha-diversity）
5.3.4 稀释曲线（Rarefaction curve）
5.3.5 Shannon-Wiener曲线
5.3.6 Rank-Abundance曲线
5.3.7 PCA分析
5.3.8 多样本相似度树状图
5.3.9 群落结构组分图
5.3.10 群落Heatmap图
5.4 结果与分析
5.4.1 测序结果
5.4.2 菌群丰富度和多样性指数分析
5.4.3 Shannon-Wiener曲线分析
5.4.4 Rank-Abundance曲线
5.4.5 基于分类地位的群落特征分析
5.4.6 主成分分析和聚类分析
5.4.7 利用Venn程序分析不同组之间细菌种水平的关系
5.4.8 Heatmap分析4组测序序列
5.5 本章小结
6 小麦/苜蓿间作对有机磷活化利用的种间促进作用
6.1 试验设计
6.2 测定项目
6.2.1 干物质测定
6.2.2 根长测定
6.2.3 根系酸性磷酸酶活性测定
6.2.4 植物营养元素测定
6.3 数据处理与分析
6.4 结果与分析
6.4.1 供有机磷对小麦/苜蓿间作生物量的影响
6.4.2 供有机磷对小麦/苜蓿间作植株吸磷量的影响
6.4.3 供有机磷对小麦/苜蓿间作根系酸性磷酸酶活性的影响
6.4.4 供有机磷对间作小麦和苜蓿根长的影响
6.5 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系[J]. 李晨华,张彩霞,唐立松,熊正琴,王保战,贾仲君,李彦. 微生物学报. 2014(03)
[2]葡萄小麦间作对果园土壤水肥状况及物理性状的影响[J]. 吕中伟,杨占平,王志勇,李小红,刘启山,王鹏. 安徽农业科学. 2013(08)
[3]小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作体系中玉米产量及养分吸收的差异[J]. 王小春,杨文钰,任万军,邓小燕,张群,向达兵,雍太文. 植物营养与肥料学报. 2012(04)
[4]桑树红薯间作模式群体光合特性初步研究[J]. 徐有海,李勇,胡兴明,邓文,叶楚华,彭波,于翠,熊超,郭冬各. 湖北农业科学. 2012(14)
[5]小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作对根际土壤细菌群落多样性及植株氮素吸收的影响[J]. 雍太文,杨文钰,向达兵,朱贞颖. 作物学报. 2012(02)
[6]农林间作生态系统的资源利用研究进展[J]. 董宛麟,张立祯,于洋,苟芳,毛丽丽. 中国农学通报. 2011(28)
[7]不同紫云英基因型对难溶性磷吸收利用的影响[J]. 兰忠明,张辉,吴一群,林新坚. 生态环境学报. 2011(10)
[8]桑树大豆间作地上部和地下部的种间作用研究[J]. 郑晓媛,赵莉,许楠,张会慧,孙广玉. 土壤. 2011(03)
[9]玉米大豆间作条件下钾素吸收利用研究[J]. 刘均霞. 宁夏农林科技. 2011(06)
[10]连作土壤微生物区系分析、调控及高通量研究方法[J]. 薛超,黄启为,凌宁,高雪莲,曹云,赵青云,何欣,沈其荣. 土壤学报. 2011(03)
博士论文
[1]灌漠土上连续间作对作物生产力和土壤肥力的影响[D]. 王志刚.中国农业大学 2014
[2]土壤紧实胁迫对玉米根土系统及其生长发育的影响[D]. 王群.河南农业大学 2010
[3]花生与旱作水稻间作系统的氮素营养研究[D]. 王树起.南京农业大学 2006
[4]豆科/禾本科间作的氮铁营养效应及对结瘤固氮的影响[D]. 房增国.中国农业大学 2004
[5]间作作物吸收磷的种间促进作用机制研究[D]. 李淑敏.中国农业大学 2004
[6]豆科/禾本科间作体系中养分竞争和氮素转移研究[D]. 肖焱波.中国农业大学 2003
[7]不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控[D]. 刘晚苟.西北农林科技大学 2001
[8]小麦/玉米/蚕豆间作系统中氮、磷吸收利用特点及其环境效应[D]. 李文学.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]乌头内生细菌群落结构及其与宿主生物碱合成关系研究[D]. 王娜.陕西师范大学 2014
[2]不同林型对林下土壤理化性质与土壤细菌多样性的影响[D]. 李聪.东北林业大学 2013
[3]苏打盐碱地桑树/大豆间作的土壤微生物多样性研究[D]. 李鑫.东北林业大学 2012
[4]原位施用堆肥对重金属污染土壤中小麦生长及Cd、Cu形态的影响[D]. 张喆.华中农业大学 2009
[5]苏北地区主要林粮间作模式的土壤性状及林木对农作物影响状况的研究[D]. 谢莉.南京林业大学 2005
本文编号：2913649
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