甘肃中部半干旱地区马铃薯农田土壤微生物群落结构及对施肥管理的响应
发布时间：2022-09-30 22:00
甘肃省是我国重要的马铃薯种薯和商品薯生产基地,马铃薯产业已成为带动甘肃农业和农村经济发展、促进农业增效和提高农民收入的战略性主导产业。本研究针对甘肃中部半干旱地区马铃薯农田,通过在主产区多点采样,采用基于16S rRNA基因的高通量测序等分子生态学技术,研究了马铃薯土壤细菌群落结构特征和地理分异规律及其与土壤主要化学性质的关系。同时,依托甘肃省定西市安定区的马铃薯定位试验,采用实时荧光定量PCR、高通量测序和基于DNA的稳定性同位素核酸探针技术（DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP）,以16S rRNA基因和氨氧化微生物amoA基因为分子标靶,大田试验和室内微宇宙培养实验相结合,研究连续不同施氮量及不同施肥管理对土壤细菌和氨氧化功能微生物及其活性的影响规律。主要研究结果如下:1地理位置和土壤主要化学性质共同影响了甘肃中部马铃薯产区农田细菌群落结构针对甘肃中部马铃薯主产区,选择了20个种植地块土壤,通过分析样地的地理位置（纬度、经度、海拔）以及土壤主要化学性质（有机质、全氮、含水量、pH、碳氮比）,发现地理位置和土壤主要化学性质共同影响了土壤的...
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Summary
第一章 绪论
1 马铃薯生产概述
1.1 世界马铃薯生产现状
1.2 中国马铃薯生产现状和马铃薯主粮化战略
1.3 甘肃马铃薯生产状况及存在的问题
2 土壤生物肥力与土壤微生物
2.1 土壤生物肥力
2.2 土壤微生物数量与土壤生物肥力
2.3 土壤微生物生物量与土壤生物肥力
2.4 土壤微生物群落结构与土壤生物肥力
2.5 影响土壤微生物群落结构的因素
2.5.1 土壤类型
2.5.2 温度和水分
2.5.3 土地利用方式
2.5.4 土壤管理措施
3 氨氧化微生物
3.1 硝化作用与氨氧化微生物
3.2 氨氧化细菌
3.2.1 氨氧化细菌的生理结构
3.2.2 氨氧化细菌系统发育
3.3 氨氧化古菌
3.3.1 氨氧化古菌的发现及研究历程
3.3.2 氨氧化古菌的系统发育
3.4 氨氧化微生物对不同环境条件的响应
3.4.1 氨浓度
3.4.2 pH
3.4.3 温度
3.4.4 有机质含量
3.4.5 氧浓度
4 土壤微生物的分子生态学研究方法
4.1 实时荧光定量PCR
4.2 高通量测序技术
4.3 稳定性同位素核酸探针技术
5 研究背景、思路和内容
5.1 研究的背景和意义
5.2 研究内容
5.3 技术路线
第二章 甘肃马铃薯农田土壤细菌群落结构
1 前言
2 材料和方法
2.1 采样地块信息及土壤样品的采集
2.2 土壤含水量的测定
2.3 土壤主要性质的测定
2.4 土壤微生物核酸DNA的提取
2.5 土壤微生物DNA16S rRNA的扩增
2.6 微生物16S rRNA高通量测序及分析
2.7 数据处理
3 结果与分析
3.1 土壤主要化学性质
3.2 土壤主要化学性质的地理分布规律
3.3 细菌分类水平和相对丰度
3.4 土壤主要化学性质与细菌水平分类的关系
3.5 土壤细菌群落的地理分布规律
3.6 土壤细菌群落结构
3.7 马铃薯产量
4 讨论
5 结论
第三章 连续不同施氮量对马铃薯根区细菌和氨氧化微生物群落结构的影响
1 前言
2 材料和方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置
2.3 根区土壤样品的采集和处理
2.4 土壤样品化学性质的测定
2.5 硝态氮含量的测定
2.6 硝化潜势的测定
2.7 微生物基因组DNA的提取
2.8 实时荧光定量PCR分析
2.9 微生物16S rRNA基因的扩增及高通量测序
2.10 氨氧化微生物系统发育分析
2.11 数据分析
3 结果与分析
3.1 连续不同施氮量对根区土壤细菌群落结构的影响
3.1.1 细菌分类水平和相对丰度
3.1.2 细菌Alpha多样性
3.1.3 细菌群落结构的变化
3.2 连续不同施氮量对根区土壤氨氧化微生物群落结构和丰度的影响
3.2.1 氨氧化微生物丰度
3.2.2 氨氧化微生物种群的动态变化
3.3 连续不同施氮量对根区土壤化学性质及马铃薯产量的影响
3.3.1 连续不同施氮量对硝化潜势和硝态氮含量
3.3.2 连续不同施氮量对根区土壤pH的影响
3.3.3 连续不同施氮量对马铃薯产量的影响
4 讨论
5 结论
第四章 不同施肥管理对马铃薯根区土壤细菌和氨氧化微生物群落结构影响
1 前言
2 材料和方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置
2.3 根区土壤样品的采集和处理
2.4 土壤化学性质的测定
2.5 微生物基因组DNA的提取
2.6 实时荧光定量PCR分析
2.7 土壤微生物16S rRNA基因的扩增和高通量测序
2.8 氨氧化微生物系统发育分析
2.9 数据分析
3 结果与分析
3.1 不同施肥管理对根区土壤细菌群落结构的影响
3.1.1 细菌分类水平和相对丰度
3.1.2 细菌Alpha多样性
3.1.3 细菌群落结构的变化
3.2 不同施肥管理对根区土壤氨氧化微生物群落结构和丰度的影响
3.2.1 氨氧化微生物丰度
3.2.2 氨氧化微生物种群的动态变化
3.3 不同施肥管理对根区土壤化学性质及马铃薯产量的影响
3.3.1 不同施肥管理对有机质含量的影响
3.3.2 不同施肥管理对硝态氮含量的影响
3.3.3 不同施肥管理对根区土壤pH的影响
3.3.4 不同施肥管理对马铃薯产量的影响
4 讨论
5 结论
第五章 稳定性同位素示踪马铃薯土壤活性氨氧化微生物
1 前言
2 材料与方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置及土壤样品的采集
2.3 土壤含水量的测定
2.4 土壤最大持水量的测定
2.5 DNA-SIP微宇宙培养
2.6 土壤无机氮含量的测定
2.7 土壤微生物核酸DNA的提取
2.8 超高速密度梯度离心和密度梯度离心片段的回收
2.9 实时荧光定量PCR分析
2.10 目标基因的克隆测序
2.11 系统发育分析
2.12 数据分析
3 结果与分析
3.1 土壤无机氮含量的变化
3.2 稳定性同位素标记土壤活性氨氧化微生物
3.3 土壤活性氨氧化微生物的系统发育地位分析
4 讨论
5 结论
第六章 全文结论
1 主要结论
2 研究的创新
3 研究存在的不足
4 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
导师简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]施氮水平对马铃薯产量及叶绿素含量影响相关性研究[J]. 姜丽丽,李晗,孟佳美,杨丹婷,金光辉. 黑龙江八一农垦大学学报. 2019(02)
[2]氮肥用量对不同冬马铃薯品种产量及氮肥利用率的影响[J]. 岳超,肖石江,王怀义,王颖,刘凌云,滕松,罗萍,刘曜榕,娄平,毛远春,李燕山. 中国土壤与肥料. 2019(02)
[3]黄土高原旱地麦田26年免耕覆盖对土壤肥力及原核微生物群落多样性的影响[J]. 张贵云,吕贝贝,张丽萍,刘珍,范巧兰,魏明峰,姚众,袁嘉玮,柴跃进. 中国生态农业学报(中英文). 2019(03)
[4]长期施氮对马铃薯田土壤剖面硝态氮积累及细菌群落结构的影响[J]. 张健,董星晨,张鹤,邓德雷,罗超越,张春红,邱慧珍. 甘肃农业大学学报. 2019(01)
[5]生物有机肥料对连作马铃薯根际营养及生长发育的影响[J]. 王文丽,靳海波,李娟,赵旭. 中国土壤与肥料. 2018(06)
[6]紫色土硝化过程中氨氧化细菌和古菌对温度的响应[J]. 马瑞,赵伟烨,王智慧,罗红燕,蒋先军. 土壤通报. 2018(06)
[7]土地利用方式变化对白浆土微生物生物量碳及代谢特征的影响[J]. 朱珂,王蕊,李刚,修伟明,王晶,李冰,王丽丽,刘惠芬,赵建宁,杨殿林. 农业环境科学学报. 2018(10)
[8]贵州不同茶区土壤养分及微生物量分析评价[J]. 李渝,刘彦伶,黄兴成,张雅蓉,周国兰,周富裕,蒋太明. 灌溉排水学报. 2018(08)
[9]喀斯特山区土地不同利用方式的土壤养分及微生物特征[J]. 文小琴,舒英格,何欢. 西南农业学报. 2018(06)
[10]子午岭人工林土壤微生物生物量及酶活性[J]. 白雪娟,曾全超,安韶山,张海鑫,王宝荣. 应用生态学报. 2018(08)
博士论文
[1]苏南地区稻麦轮作系统的高产土壤微生物区系培育与调控研究[D]. 赵军.南京农业大学 2016
[2]甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作障碍机理及防控技术初探[D]. 刘星.甘肃农业大学 2015
[3]模拟土壤增温和林内减雨对暖温带锐齿栎林土壤呼吸的影响及其微生物响应[D]. 王一.中国林业科学研究院 2015
硕士论文
[1]典型环境因子对硝化作用和氨氧化微生物生理生态的影响[D]. 郭佳.西南大学 2016
[2]有机肥替代部分化肥对马铃薯干物质积累与分配及土壤矿质氮含量的影响[D]. 高怡安.甘肃农业大学 2015
[3]有机肥替代部分化肥对马铃薯干物质积累与分配以及对土壤生物学性状的影响[D]. 张书乐.甘肃农业大学 2014
[4]水热条件改变对农田黑土微生物多样性的影响[D]. 付岩梅.黑龙江大学 2014
[5]马铃薯连作对根际细菌和真菌遗传多样性的影响[D]. 贾欢欢.甘肃农业大学 2013
[6]堆肥化过程中氨氧化菌群多样性分析[D]. 孙志远.黑龙江八一农垦大学 2012
[7]水肥管理对旱地马铃薯生长和水分利用效率及土壤肥力的影响[D]. 廖佳丽.西北农林科技大学 2009
本文编号：3684352
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Summary
第一章 绪论
1 马铃薯生产概述
1.1 世界马铃薯生产现状
1.2 中国马铃薯生产现状和马铃薯主粮化战略
1.3 甘肃马铃薯生产状况及存在的问题
2 土壤生物肥力与土壤微生物
2.1 土壤生物肥力
2.2 土壤微生物数量与土壤生物肥力
2.3 土壤微生物生物量与土壤生物肥力
2.4 土壤微生物群落结构与土壤生物肥力
2.5 影响土壤微生物群落结构的因素
2.5.1 土壤类型
2.5.2 温度和水分
2.5.3 土地利用方式
2.5.4 土壤管理措施
3 氨氧化微生物
3.1 硝化作用与氨氧化微生物
3.2 氨氧化细菌
3.2.1 氨氧化细菌的生理结构
3.2.2 氨氧化细菌系统发育
3.3 氨氧化古菌
3.3.1 氨氧化古菌的发现及研究历程
3.3.2 氨氧化古菌的系统发育
3.4 氨氧化微生物对不同环境条件的响应
3.4.1 氨浓度
3.4.2 pH
3.4.3 温度
3.4.4 有机质含量
3.4.5 氧浓度
4 土壤微生物的分子生态学研究方法
4.1 实时荧光定量PCR
4.2 高通量测序技术
4.3 稳定性同位素核酸探针技术
5 研究背景、思路和内容
5.1 研究的背景和意义
5.2 研究内容
5.3 技术路线
第二章 甘肃马铃薯农田土壤细菌群落结构
1 前言
2 材料和方法
2.1 采样地块信息及土壤样品的采集
2.2 土壤含水量的测定
2.3 土壤主要性质的测定
2.4 土壤微生物核酸DNA的提取
2.5 土壤微生物DNA16S rRNA的扩增
2.6 微生物16S rRNA高通量测序及分析
2.7 数据处理
3 结果与分析
3.1 土壤主要化学性质
3.2 土壤主要化学性质的地理分布规律
3.3 细菌分类水平和相对丰度
3.4 土壤主要化学性质与细菌水平分类的关系
3.5 土壤细菌群落的地理分布规律
3.6 土壤细菌群落结构
3.7 马铃薯产量
4 讨论
5 结论
第三章 连续不同施氮量对马铃薯根区细菌和氨氧化微生物群落结构的影响
1 前言
2 材料和方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置
2.3 根区土壤样品的采集和处理
2.4 土壤样品化学性质的测定
2.5 硝态氮含量的测定
2.6 硝化潜势的测定
2.7 微生物基因组DNA的提取
2.8 实时荧光定量PCR分析
2.9 微生物16S rRNA基因的扩增及高通量测序
2.10 氨氧化微生物系统发育分析
2.11 数据分析
3 结果与分析
3.1 连续不同施氮量对根区土壤细菌群落结构的影响
3.1.1 细菌分类水平和相对丰度
3.1.2 细菌Alpha多样性
3.1.3 细菌群落结构的变化
3.2 连续不同施氮量对根区土壤氨氧化微生物群落结构和丰度的影响
3.2.1 氨氧化微生物丰度
3.2.2 氨氧化微生物种群的动态变化
3.3 连续不同施氮量对根区土壤化学性质及马铃薯产量的影响
3.3.1 连续不同施氮量对硝化潜势和硝态氮含量
3.3.2 连续不同施氮量对根区土壤pH的影响
3.3.3 连续不同施氮量对马铃薯产量的影响
4 讨论
5 结论
第四章 不同施肥管理对马铃薯根区土壤细菌和氨氧化微生物群落结构影响
1 前言
2 材料和方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置
2.3 根区土壤样品的采集和处理
2.4 土壤化学性质的测定
2.5 微生物基因组DNA的提取
2.6 实时荧光定量PCR分析
2.7 土壤微生物16S rRNA基因的扩增和高通量测序
2.8 氨氧化微生物系统发育分析
2.9 数据分析
3 结果与分析
3.1 不同施肥管理对根区土壤细菌群落结构的影响
3.1.1 细菌分类水平和相对丰度
3.1.2 细菌Alpha多样性
3.1.3 细菌群落结构的变化
3.2 不同施肥管理对根区土壤氨氧化微生物群落结构和丰度的影响
3.2.1 氨氧化微生物丰度
3.2.2 氨氧化微生物种群的动态变化
3.3 不同施肥管理对根区土壤化学性质及马铃薯产量的影响
3.3.1 不同施肥管理对有机质含量的影响
3.3.2 不同施肥管理对硝态氮含量的影响
3.3.3 不同施肥管理对根区土壤pH的影响
3.3.4 不同施肥管理对马铃薯产量的影响
4 讨论
5 结论
第五章 稳定性同位素示踪马铃薯土壤活性氨氧化微生物
1 前言
2 材料与方法
2.1 试验地概况
2.2 处理设置及土壤样品的采集
2.3 土壤含水量的测定
2.4 土壤最大持水量的测定
2.5 DNA-SIP微宇宙培养
2.6 土壤无机氮含量的测定
2.7 土壤微生物核酸DNA的提取
2.8 超高速密度梯度离心和密度梯度离心片段的回收
2.9 实时荧光定量PCR分析
2.10 目标基因的克隆测序
2.11 系统发育分析
2.12 数据分析
3 结果与分析
3.1 土壤无机氮含量的变化
3.2 稳定性同位素标记土壤活性氨氧化微生物
3.3 土壤活性氨氧化微生物的系统发育地位分析
4 讨论
5 结论
第六章 全文结论
1 主要结论
2 研究的创新
3 研究存在的不足
4 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
导师简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]施氮水平对马铃薯产量及叶绿素含量影响相关性研究[J]. 姜丽丽,李晗,孟佳美,杨丹婷,金光辉. 黑龙江八一农垦大学学报. 2019(02)
[2]氮肥用量对不同冬马铃薯品种产量及氮肥利用率的影响[J]. 岳超,肖石江,王怀义,王颖,刘凌云,滕松,罗萍,刘曜榕,娄平,毛远春,李燕山. 中国土壤与肥料. 2019(02)
[3]黄土高原旱地麦田26年免耕覆盖对土壤肥力及原核微生物群落多样性的影响[J]. 张贵云,吕贝贝,张丽萍,刘珍,范巧兰,魏明峰,姚众,袁嘉玮,柴跃进. 中国生态农业学报(中英文). 2019(03)
[4]长期施氮对马铃薯田土壤剖面硝态氮积累及细菌群落结构的影响[J]. 张健,董星晨,张鹤,邓德雷,罗超越,张春红,邱慧珍. 甘肃农业大学学报. 2019(01)
[5]生物有机肥料对连作马铃薯根际营养及生长发育的影响[J]. 王文丽,靳海波,李娟,赵旭. 中国土壤与肥料. 2018(06)
[6]紫色土硝化过程中氨氧化细菌和古菌对温度的响应[J]. 马瑞,赵伟烨,王智慧,罗红燕,蒋先军. 土壤通报. 2018(06)
[7]土地利用方式变化对白浆土微生物生物量碳及代谢特征的影响[J]. 朱珂,王蕊,李刚,修伟明,王晶,李冰,王丽丽,刘惠芬,赵建宁,杨殿林. 农业环境科学学报. 2018(10)
[8]贵州不同茶区土壤养分及微生物量分析评价[J]. 李渝,刘彦伶,黄兴成,张雅蓉,周国兰,周富裕,蒋太明. 灌溉排水学报. 2018(08)
[9]喀斯特山区土地不同利用方式的土壤养分及微生物特征[J]. 文小琴,舒英格,何欢. 西南农业学报. 2018(06)
[10]子午岭人工林土壤微生物生物量及酶活性[J]. 白雪娟,曾全超,安韶山,张海鑫,王宝荣. 应用生态学报. 2018(08)
博士论文
[1]苏南地区稻麦轮作系统的高产土壤微生物区系培育与调控研究[D]. 赵军.南京农业大学 2016
[2]甘肃中部沿黄灌区马铃薯连作障碍机理及防控技术初探[D]. 刘星.甘肃农业大学 2015
[3]模拟土壤增温和林内减雨对暖温带锐齿栎林土壤呼吸的影响及其微生物响应[D]. 王一.中国林业科学研究院 2015
硕士论文
[1]典型环境因子对硝化作用和氨氧化微生物生理生态的影响[D]. 郭佳.西南大学 2016
[2]有机肥替代部分化肥对马铃薯干物质积累与分配及土壤矿质氮含量的影响[D]. 高怡安.甘肃农业大学 2015
[3]有机肥替代部分化肥对马铃薯干物质积累与分配以及对土壤生物学性状的影响[D]. 张书乐.甘肃农业大学 2014
[4]水热条件改变对农田黑土微生物多样性的影响[D]. 付岩梅.黑龙江大学 2014
[5]马铃薯连作对根际细菌和真菌遗传多样性的影响[D]. 贾欢欢.甘肃农业大学 2013
[6]堆肥化过程中氨氧化菌群多样性分析[D]. 孙志远.黑龙江八一农垦大学 2012
[7]水肥管理对旱地马铃薯生长和水分利用效率及土壤肥力的影响[D]. 廖佳丽.西北农林科技大学 2009
本文编号：3684352
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