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根际土壤细菌广泛分布于陆地生态系统中,在维持生态系统稳定、促进养分吸收和提高宿主植物在逆境中的适应性等方面发挥着重要作用。本试验以带内生真菌(endophyte-infected, EI)和不带内生真菌(endophyte free, EF)醉马草(Achnatherum inebrians)植株上获得的EI和EF种子为材料,分别开展不同生境条件下内生真菌对醉马草根际土壤可分离培养细菌多样性的影响、不同氯化钠(NaCl)胁迫下内生真菌和根际促生菌对醉马草种子萌发的影响以及内生真菌和土壤水分互作对醉马草根系及根际土壤细菌群落多样性影响的研究,主要研究结果如下:
(1)设置野生和人工栽培两个生境条件,自醉马草根际土壤中分别进行可分离培养细菌的分离、纯化和鉴定。本研究分离得到的细菌菌株共有990个,分类于65种18属4门。野生条件下醉马草根系土壤细菌物种丰富度显著(P<0.05)高于栽培条件下醉马草根系土壤细菌物种丰富度。主成分分析(Principal component analysis, PCA)结果发现,内生真菌(Epichlo? gansuensis)和土壤扰动改变了醉马草根际土壤可分离培养细菌群落的组成和多样性。冗余分析(Redundancy analysis, RDA)发现,土壤理化性质主要影响野生条件下醉马草根际土壤可分离培养细菌的群落组成,而对栽培条件下醉马草根际土壤可分离培养细菌的群落影响较小。上述研究结果表明,土壤扰动和内生真菌互作导致了醉马草根际土壤可分离培养细菌群落多样性的变化。
(2)通过纸上芽床发芽试验,分别对EI和EF醉马草种子在0、50、100和200mmol/LNaCl浓度条件下接种上述研究中分离获得的根际促生菌芽孢杆菌(Bacillus licheniformis),假单胞杆菌(Pseudomonas aeruginosa)和节杆菌(Arthrobacter sp.)各一株,明确其对醉马草种子耐盐性的影响。试验结果发现,内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对醉马草种子的发芽率和苗长均有显著(P<0.05)影响;内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对幼苗超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase, POD)以及过氧化氢酶(Catalase, CAT)亦有显著(P<0.05)的作用效果;内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对醉马草幼苗多酚氧化酶(Polyphenol oxidase, PPO)以及丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量也有显著(P<0.05)的影响。此外,随着NaCl浓度的增加,醉马草种子胚芽长度逐渐降低,醉马草幼苗的MDA含量逐渐升高。其余指标均随着NaCl浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势,在50mmol/L的浓度条件下达到最高。随着NaCl浓度的增加,接种不同的根际促生菌可显著(P<0.05)促进或维持种子发芽,且接种的3个菌株在种子萌发过程中发挥着不同程度的促进作用。其中,节杆菌对发芽率和发芽指数有显著(P<0.05)的促进作用;芽孢杆菌对发芽率,根长,SOD,POD,MDA有显著(P<0.05)的促进作用;假单胞杆菌对发芽率和苗长以及CAT和PPO酶活性有显著(P<0.05)的促进作用。研究还发现,接种根际促生菌对NaCl胁迫下醉马草种子的萌发有促进作用,内生真菌显著(P<0.05)提高了醉马草种子的发芽率、苗长、抗氧化物酶(SOD、POD、CAT、PPO)活性的同时显著降低(P<0.05)了MDA含量。
(3)通过高通量(16s)测序的方法,探讨田间条件下内生真菌和土壤含水量对醉马草根系和根际土壤细菌多样性的影响。从醉马草根系和根际土壤中共获得4371379个基因序列,归属于5025个操作分类单元。其中,这些分类单元在醉马草根系和根际土壤归属于13和17个门,根系和根际土壤中最丰富的门分别是放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)。Shannon和Chao1指数发现,醉马草根际土壤细菌多样性及丰富度均显著(P<0.05)高于根系,内生真菌降低了根系相关细菌群落多样性,但是提高了根际土壤细菌群落的多样性与丰富度。随着水分增加,根际土壤细菌群落的丰富度逐渐增加。通过结构方程模型(Structural equation modeling, SEM)分析,发现内生真菌通过降低土壤有效氮来降低醉马草根系细菌群落多样性及提高根际土壤细菌群落的多样性;土壤水分通过提高土壤pH值、土壤碳氮比、硝态氮以及降低土壤有效磷含量增加了根际土壤细菌群落的多样性。根据上述研究结果,内生真菌和土壤水分互作对根系和根际土壤细菌多样性的影响可能是根系和根际土壤细菌对土壤理化性质变化的响应。
(1)设置野生和人工栽培两个生境条件,自醉马草根际土壤中分别进行可分离培养细菌的分离、纯化和鉴定。本研究分离得到的细菌菌株共有990个,分类于65种18属4门。野生条件下醉马草根系土壤细菌物种丰富度显著(P<0.05)高于栽培条件下醉马草根系土壤细菌物种丰富度。主成分分析(Principal component analysis, PCA)结果发现,内生真菌(Epichlo? gansuensis)和土壤扰动改变了醉马草根际土壤可分离培养细菌群落的组成和多样性。冗余分析(Redundancy analysis, RDA)发现,土壤理化性质主要影响野生条件下醉马草根际土壤可分离培养细菌的群落组成,而对栽培条件下醉马草根际土壤可分离培养细菌的群落影响较小。上述研究结果表明,土壤扰动和内生真菌互作导致了醉马草根际土壤可分离培养细菌群落多样性的变化。
(2)通过纸上芽床发芽试验,分别对EI和EF醉马草种子在0、50、100和200mmol/LNaCl浓度条件下接种上述研究中分离获得的根际促生菌芽孢杆菌(Bacillus licheniformis),假单胞杆菌(Pseudomonas aeruginosa)和节杆菌(Arthrobacter sp.)各一株,明确其对醉马草种子耐盐性的影响。试验结果发现,内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对醉马草种子的发芽率和苗长均有显著(P<0.05)影响;内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对幼苗超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase, POD)以及过氧化氢酶(Catalase, CAT)亦有显著(P<0.05)的作用效果;内生真菌、根际促生菌和盐胁迫对醉马草幼苗多酚氧化酶(Polyphenol oxidase, PPO)以及丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量也有显著(P<0.05)的影响。此外,随着NaCl浓度的增加,醉马草种子胚芽长度逐渐降低,醉马草幼苗的MDA含量逐渐升高。其余指标均随着NaCl浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势,在50mmol/L的浓度条件下达到最高。随着NaCl浓度的增加,接种不同的根际促生菌可显著(P<0.05)促进或维持种子发芽,且接种的3个菌株在种子萌发过程中发挥着不同程度的促进作用。其中,节杆菌对发芽率和发芽指数有显著(P<0.05)的促进作用;芽孢杆菌对发芽率,根长,SOD,POD,MDA有显著(P<0.05)的促进作用;假单胞杆菌对发芽率和苗长以及CAT和PPO酶活性有显著(P<0.05)的促进作用。研究还发现,接种根际促生菌对NaCl胁迫下醉马草种子的萌发有促进作用,内生真菌显著(P<0.05)提高了醉马草种子的发芽率、苗长、抗氧化物酶(SOD、POD、CAT、PPO)活性的同时显著降低(P<0.05)了MDA含量。
(3)通过高通量(16s)测序的方法,探讨田间条件下内生真菌和土壤含水量对醉马草根系和根际土壤细菌多样性的影响。从醉马草根系和根际土壤中共获得4371379个基因序列,归属于5025个操作分类单元。其中,这些分类单元在醉马草根系和根际土壤归属于13和17个门,根系和根际土壤中最丰富的门分别是放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)。Shannon和Chao1指数发现,醉马草根际土壤细菌多样性及丰富度均显著(P<0.05)高于根系,内生真菌降低了根系相关细菌群落多样性,但是提高了根际土壤细菌群落的多样性与丰富度。随着水分增加,根际土壤细菌群落的丰富度逐渐增加。通过结构方程模型(Structural equation modeling, SEM)分析,发现内生真菌通过降低土壤有效氮来降低醉马草根系细菌群落多样性及提高根际土壤细菌群落的多样性;土壤水分通过提高土壤pH值、土壤碳氮比、硝态氮以及降低土壤有效磷含量增加了根际土壤细菌群落的多样性。根据上述研究结果,内生真菌和土壤水分互作对根系和根际土壤细菌多样性的影响可能是根系和根际土壤细菌对土壤理化性质变化的响应。