呼伦贝尔退化草场土壤AM真菌多样性及微生物改良的研究

发布时间：2017-10-26 15:39

  本文关键词：呼伦贝尔退化草场土壤AM真菌多样性及微生物改良的研究

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【摘要】：草原是世界上分布范围最广的植被类型之一,是陆地生态系统的重要组成部分。当前,由于人类长期的粗放经营,超载过牧,以及对草原不合理的开发利用,草原退化现象严重。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌能与陆地生态系统中80%以上的高等植物形成菌根结构,并对植物群落的物种组成也起到重要的调控作用,对维持生态系统的稳定具有重要意义。本文以内蒙古呼伦贝尔退化草原为研究对象,首先调查了呼伦贝尔长期放牧干扰形成的不同退化程度下牧草根段侵染率、AM真菌多样性的变化,根据土壤因子分析引起这种变化的因素。并试图利用AM真菌对退化草场进行改良,从温室盆栽实验和天然草场实验验证该改良剂对退化草场土壤和牧草生长的改良效果。主要实验结果如下:土壤含水量、土壤团聚体结构数量、总碳含量、土壤脲酶活性随草地退化程度的加深而显著下降,土壤p H值和EC值随草地退化程度的增加而显著升高,土壤有效磷含量、土壤蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性,都呈现轻度退化未退化中度退化重度退化的趋势。牧草根段AM真菌侵染率随退化程度加深而显著下降,并与土壤含水量、脲酶活性呈显著正相关,与土壤p H值、EC值呈显著负相关。从土壤样品DNA中扩增AM真菌特异性片段并采用DGGE技术对AM真菌多样性进行分析,经变性剂梯度范围为30%-50%的PCR-DGGE分析表明,AM真菌多样性指数、丰富度、均匀度变化均呈现轻度退化未退化中度退化重度退化的趋势,且都与土壤有效磷、碱性磷酸酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈极显著正相关。将AM真菌联合腐殖酸和JD37共同作用于退化草场土壤,探究其对土壤和牧草的改良效应。预实验结果表明,AM真菌菌剂联合质量分数为0.15%的腐殖酸或稀释倍数为100的JD37发酵液时,对土壤的改良效果较好。后续试验将这三种成分共同作用于退化草场土壤,结果显示对土壤理化性质和生物活性及牧草生长、菌根侵染率均有显著改良效果。选用粒径小于0.3mm的草炭作为JD37的吸附载体,并加入AM真菌菌剂与腐殖酸,共同研制出适用于退化草场土壤的微生物改良剂。退化草场土壤在施用改良剂两个月后,土壤理化性质明显改善,生物活性显著提高,并显著促进牧草生长,说明施加退化草场改良剂对土壤养分的调节具有重要意义,且促进植物对养分的吸收。在天然退化草场的禁牧区与放牧区进行原位修复,并分别设置改良剂大剂量组(80kg/亩)、小剂量组(60kg/亩)处理组。实验结果显示,放牧区对照组土壤本身肥力较低、植被低矮,施加60kg/亩的剂量加之放牧干扰,收效甚微。但施加80kg/亩的大剂量后,与对照组具有显著差异,修复效果较理想。禁牧区由于围栏后已具有一定修复效果,退化程度减弱,60kg/亩的剂量已具有理想修复效果。这些研究结果为了解并利用土壤中AM真菌资源与功能,以及改良剂今后的市场推广及实践应用提供了重要的理论依据,对草原可持续发展有着重要的意义。
【关键词】：呼伦贝尔退化草原 丛枝菌根真菌 变性梯度凝胶电泳 微生物改良
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S812.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 呼伦贝尔草原10-11
• 1.1.1 呼伦贝尔草原退化现象11
• 1.1.2 呼伦贝尔草原退化成因11
• 1.2 丛枝菌根真菌11-16
• 1.2.1 AM真菌多样性12-13
• 1.2.2 AM真菌对草原生态系统的调控作用13-15
• 1.2.3 PCR-DGGE技术在AM真菌多样性研究中的应用15-16
• 1.3 研究目的与意义16-18
• 第2章 呼伦贝尔退化草场土壤AM真菌多样性及与土壤因子的相关性18-35
• 2.1 试验材料18-20
• 2.1.1 研究地自然概况18-20
• 2.1.2 主要试剂20
• 2.1.3 主要仪器和设备20
• 2.2 试验方法20-26
• 2.2.1 土壤样品采集20
• 2.2.2 土壤理化性质的测定20
• 2.2.3 土壤酶活性的测定20-22
• 2.2.4 牧草根段菌根侵染率的测定22
• 2.2.5 草原土壤DNA提取与纯化22-24
• 2.2.6 AM真菌特异性片段巢式PCR扩增24-25
• 2.2.7 变性梯度凝胶电泳（DGGE）25
• 2.2.8 数据处理与分析25-26
• 2.3 结果与分析26-33
• 2.3.1 不同退化程度草原土壤理化性质的变化特征26-27
• 2.3.2 不同退化程度草原土壤酶活性的变化特征27
• 2.3.3 不同退化程度下牧草根段菌根侵染率的变化特征27-28
• 2.3.4 AM真菌侵染率与土壤因子的相关性28
• 2.3.5 DNA提取与纯化28-29
• 2.3.6 AMF基因片段的扩增29-30
• 2.3.7 凝胶变性梯度范围确定30
• 2.3.8 不同退化程度草原土壤AM真菌PCR-DGGE分析30-31
• 2.3.9 聚类分析31-32
• 2.3.10 AM真菌群落多样性分析32
• 2.3.11 AM真菌多样性与土壤因子相关性分析32-33
• 2.4 小结33-35
• 第3章 AM真菌联合外源物对退化草场的土壤改良效应35-45
• 3.1 试验材料35-37
• 3.1.1 供试土壤35-36
• 3.1.2 供试植物36
• 3.1.3 供试AM真菌菌株及外源物36-37
• 3.1.4 培养基和主要试剂37
• 3.1.5 主要仪器和设备37
• 3.2 试验方法37-40
• 3.2.1 供试土壤的采集37-38
• 3.2.2 预实验38-39
• 3.2.3 实验设计39
• 3.2.4 土壤理化性质的测定39
• 3.2.5 土壤酶活性的测定39
• 3.2.6 土壤微生物数量的测定39
• 3.2.7 牧草生物量的测定39-40
• 3.2.8 牧草叶绿素含量的测定40
• 3.2.9 牧草菌根侵染率的测定40
• 3.2.10 JD37菌株的活化40
• 3.2.11 数据分析40
• 3.3 结果与分析40-44
• 3.3.1 不同改良处理对土壤理化性质的影响40-41
• 3.3.2 不同改良处理对土壤酶活性的影响41-42
• 3.3.3 不同改良处理对土壤微生物数量的影响42
• 3.3.4 不同改良处理对牧草生物量的影响42
• 3.3.5 不同改良处理对牧草叶绿素含量的影响42-43
• 3.3.6 不同改良处理对牧草菌根侵染率的影响43-44
• 3.4 小结44-45
• 第4章 微生物改良剂的研制及对退化草场土壤的改良效应45-53
• 4.1 试验材料45-46
• 4.1.1 供试土壤45
• 4.1.2 供试植物45
• 4.1.3 载体选择及预处理45-46
• 4.1.4 培养基及主要试剂46
• 4.1.5 主要仪器46
• 4.2 试验方法46-48
• 4.2.1 微生物改良剂固体剂型的制备46
• 4.2.2 实验设计46-47
• 4.2.3 土壤理化性质的测定47
• 4.2.4 土壤酶活性的测定47
• 4.2.5 土壤微生物数量的测定47
• 4.2.6 牧草生物量的测定47
• 4.2.7 牧草叶绿素含量的测定47-48
• 4.2.8 牧草菌根侵染率的测定48
• 4.2.9 JD37菌株在两种牧草根部的定殖情况48
• 4.2.10 数据分析48
• 4.3 结果与分析48-52
• 4.3.1 施用改良剂后对土壤理化性质的影响48-49
• 4.3.2 施用改良剂后对土壤微生物数量的影响49
• 4.3.3 施用改良剂后对牧草生物量的影响49
• 4.3.4 施用改良剂后对牧草叶绿素含量的影响49-50
• 4.3.5 施用改良剂期间土壤酶活性的动态变化50-51
• 4.3.6 施用改良剂期间AM真菌侵染率变化与JD37定殖情况51-52
• 4.4 小结52-53
• 第5章 微生物改良剂的退化草场应用实验53-61
• 5.1 试验材料53-54
• 5.1.1 研究地概况53-54
• 5.1.2 培养基及主要试剂54
• 5.1.3 主要仪器54
• 5.2 试验方法54-56
• 5.2.1 草场实验样方设计与建立54-55
• 5.2.2 改良剂施用方式55
• 5.2.3 土壤样品采集55
• 5.2.4 土壤理化性质的测定55
• 5.2.5 土壤酶活性的测定55-56
• 5.2.6 土壤微生物数量的测定56
• 5.2.7 产草量、草高、盖度的测定56
• 5.2.8 牧草菌根侵染率的测定56
• 5.2.9 数据分析56
• 5.3 结果与分析56-60
• 5.3.1 施用不同剂量改良剂后对土壤理化性质的影响（草场实验）56-57
• 5.3.2 施用不同剂量改良剂后对土壤酶活性的影响（草场实验）57
• 5.3.3 施用不同剂量改良剂后对土壤微生物数量的影响（草场实验）57-58
• 5.3.4 施用不同剂量改良剂后对植被的影响（草场实验）58
• 5.3.5 施用改良剂后对牧草菌根侵染率的影响（草场实验）58-60
• 5.4 小结60-61
• 总结61-62
• 参考文献62-69
• 攻读学位期间取得的研究成果69-70
• 致谢70-71

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