海螺沟冰川退缩区土壤phoD细菌群落结构变化及促生菌资源筛选

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磷是植物生长的必需营养元素,但由于其在土壤中容易被固定且有效性低,使得磷成为限制植物生长的重要因子之一。微生物通过溶解无机磷和产生磷酸酶,将土壤中难溶性磷水解为正磷酸盐,提高磷的利用率。当土壤缺磷时,微生物就会上调编码磷酸酶功能基因,phoD碱性磷酸酶就是微生物响应环境中磷的限制而产生的。而解磷微生物具有将土壤中难溶性的磷溶解为植物可吸收利用的有效磷的生物学特性,不仅能提高土壤中有效磷含量,还能促进植物的生长,目前已成为农林业生产实践中的重点研究方向。磷有效性是影响海螺沟冰川退缩原生演替系统的重要因子,但关于该区域磷循环微生物的多样性及菌株资源的研究鲜有报道。因此,本研究以海螺沟冰川退缩后发育的土壤为研究对象,通过高通量测序技术研究该区域涉磷微生物群落组成和多样性,并进一步结合纯培养技术对解磷促生菌资源进行挖掘。主要研究结果如下:(1)海螺沟冰川退缩区土壤养分变化特征:随着演替时间的推移,土壤呈三阶段发育,从贫瘠土壤逐渐发育为成熟土壤,p H由碱性变为酸性,有机碳、全氮及碱解氮含量逐渐增加,有效磷和速效钾随演替年限的增加呈先增加后降低的趋势。土壤无机态磷和有机态磷均在成熟土壤中含量最高。(2)phoD细菌群落组成及多样性:phoD细菌群落的多样性指数随着土壤发育逐渐增加,在演替129年的土壤Apha多样性指数最高。phoD细菌群落组成随着演替时间的推移而变化,在门水平上,变形菌门(75.87-92.65%)和放线菌门(5.74-21.80%)是整个演替过程中的优势门类。在目水平上,伯克霍尔德氏菌目(29-36%)和根瘤菌目(24-42%)是整个演替过程中最丰富的类群,其次是假单胞菌目(11-15%)和链霉菌目(5-14%)。在属水平上,贪铜菌属(19-35%)和慢生根瘤菌属(14-38%)是整个演替过程中最主要的类群,其次是假单胞菌属(11-15%)、链霉菌属(5-14%)和山冈单胞菌(1-10%)。总体而言,该区域存在丰富的涉磷微生物资源,为挖掘解磷微生物提供了物种资源。(3)高效解磷菌的分离、筛选:从固体培养基上初步分离得到430株菌株,具有解有机磷能力的菌株32株,解无机磷能力的菌株26株,其中12株菌株同时具有溶解有机磷和无机磷的能力;利用液体培养基复筛,获得3株解有机磷能力最强的菌株PSB-56、PSB-52和PSB-53,其解有机磷能力分别为46.49、31.28和27.96μg/ml;获得3株解无机磷能力最强的菌株PSB-56、PSB-60和PSB-53,解无机磷能力分别为264.25、204.24、和237.40μg/ml,菌株PSB-56具有同时溶解有机磷和无机磷的能力。(4)解磷菌的PGPR(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)特性研究:8株菌株具有较强的固氮能力,5株菌株具有较强的解钾能力,2株菌株具有较强的纤维素降解能力,9株菌株具有最强的产胞外碱性磷酸酶能力,5株菌株产IAA能力较强(IAA产量>40μg/ml),3株菌株具有抗多种病原菌的能力。其中,菌株PSB-37产IAA的量为40.22μg/ml,且能抵抗5种病原菌;菌株PSB-56产IAA的量为40.32μg/ml,且能抵抗4种病原菌。(5)高效菌株分子分类学鉴定表明:17株优良促生菌分别属于4个属,6株菌属于伯节杆菌属(Arthrobacter sp.),5株属于香味菌属(Myroides sp.),2株属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.),3株属于杆菌属(Bacterium sp.),1株属于寡单胞菌属(Stenotrophomonas sp.)。高效菌株PSB-37和PSB-56分别属于杆菌属和香味菌属。(6)解磷促生菌对黄瓜生长的影响:解磷菌剂施用均显著增加黄瓜的农艺性状及生物量。单菌处理对黄瓜的促生作用优于混菌处理且菌株PSB-37对黄瓜生长的促进作用最明显。
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