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荒漠化是一个全球性的生态和环境问题,这个问题在我国尤为突出。荒漠灌木具有很强的耐旱、耐贫瘠特性,它们的存在对于荒漠生态系统的稳定及修复起到至关重要的作用。固氮菌和溶磷菌等植物促生细菌可以促进植物生长,改善土壤肥力,提高植物的抗逆性,对于促进荒漠化生态系统稳定和环境保护以及提高植物生产力等具有重要的理论意义和实际价值。 西鄂尔多斯地处干旱半干旱荒漠区,其中的灌木根际细菌多样性和群落结构尚不清楚。本研究采集了西鄂尔多斯荒漠千里山和巴拉贡两个地区优势或濒危灌木种——半日花、霸王、白刺、沙冬青及四合木,利用高通量技术分析了根际细菌多样性和群落结构;以涂布划线分离培养了这些灌木根际的固氮菌和溶磷菌,以乙炔还原法等方法分析了它们的植物促生能力,并与相关根内生促生细菌进行了比较。研究的主要结果和结论如下: 1、土壤理化性质:巴拉贡和千里山两个地区之间的灌木根际土壤的pH值、含水量、速效氮及速效磷无明显的差异。千里山地区的植物根际有机质含量高于巴拉贡地区灌木根际有机质的含量。两个地区的灌木根际土中的速效磷、速效氮和有机质均以四合木的为最高,分别为5.60/3.57 mg/kg(千里山/巴拉贡)122.50/77.00 mg/kg和13.41/2.65 g/kg。 2、细菌丰度和多样性指数:千里山灌木根际土壤细菌拷贝数、OTU、Shannon指数均高于巴拉贡的,细菌丰度最高和最低的为半日花和沙冬青,其16S rRNA基因拷贝数分别达到了1.38*108和5.2*105个/g土壤。半日花根际细菌多样性指数为最高(Shannon、ACE和Chao值分别为7.89、28571和17489)而测序覆盖度最低(76%)。 3、细菌群落结构:千里山灌木根际细菌OTU有6130-6591个,主要划分为29个门,所占比例位于前十的细菌群落有:Proteobacteria(35.93%-43.01%)、Actinobacteria(22.24%-22.72%)、 Bacteroidetes(9.18%-13.21%)、 Acidobacteria(4.72%-5.92%)、Gemmatimonadetes(4.95%-5.75%)、Planctomycetes(0.61%-2.24%)、Verrucomicrobia(1.33%-1.96%)、Firmicutes(1.58%-1.63%)、TM7(0.84%-1.35%)、Chloroflexi(0.56%-0.57%)。 巴拉贡灌木根际细菌OTU有3641-5322个,主要划分为31个门,属于优势类群的分别Proteobacteria(39.6%-49.33%)、Fusobacteria(4.29%-17.44%)、Firmicutes(9.72%-12.11%)、Bacteroidetes(8.47%-11.83%)、Actinobacteria(2.64%-4.18%)、Acidobacteria(3.28%-5.96%)、Chlorobi(1.46%-3.08%)、Chloroflexi(1.43%-3.55%)、Gemmatimonadetes(0.58%-1.04%)、Verrucomicrobia(0.75%-1.45%)。 4、微生物群落与环境因子的关系:6个环境因子中,土壤有机质、含水量、和pH与微生物群落结构的相关性大,速效氮和速效磷与微生物群落分布关联性相对较小。 5、固氮和溶磷菌类群:分离纯化共获得固氮和溶磷菌127株,其中固氮细菌53株(根际的40株,内生的13株),这些菌分属16个菌属,其中根际的来自14个菌属,内生的8个菌属。溶磷细菌74株(根际62株,内生12株)。磷细菌分属19个菌属,其中根际的来自18个菌属,内生的7个。Bacillus(18.11%)、Pseudomonas(11.8%)、Streptomyces(9.45%)、Massilia(8.67%)、Sinorhizobium(8.67%)菌属的菌株是优势类群。 6、菌株的促生能力:(1)根际固氮菌株SN0502是酶活最高、达3390.79 nmol C2H4/H?Culture,内生固氮菌的固氮能力最强的菌株为RN0101、达2917.34 nmol C2 H4/H?Culture。(2)根际溶磷菌株SP0205溶无机磷能力最高、为33.99μg/mL,内生溶磷菌的溶无机磷能力则更低,最高的仅为23.99μg/mL。(3)溶无机磷的74菌株进行了溶有机磷能力即植酸酶活性的测定,其中,38个菌株能够表现出一定植酸酶的能力,占总菌株的51.35%,根际菌株SP0110-2的植酸酶活性达到最高,为191.03μg/mL。内生菌株RP0101的植酸酶活性最高,为96.15μg/mL。(4)所有127个菌株进行了产铁载体能力的测定,结果表明,有52株促生菌能表现出明显的产铁载体能力,其中根际促生菌44株,内生促生菌8株,菌株SN0203产铁载体能力最强,A/Ar达到0.18。 总之,西鄂尔多斯荒漠灌木根际细菌的多样性高,具有较高的固氮和解磷等促生能力。本研究可促进对西鄂尔多斯优势或濒危植物促生细菌多样性的了解和认识,为荒漠功能微生物开发利用、多样性保护及荒漠化土壤的生态系统恢复提供基础理论依据和技术支持,具有重要的意义。