土壤Zn污染水平对东南景天内生菌多样性及其定殖分布特征影响

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东南景天是一种锌、镉超积累植物,其体内含有大量的内生菌。研究表明,东南景天的内生菌多样性受环境因素、宿主植物、内生细菌本身等影响,其中土壤环境对它的影响尤为重要。但目前关于东南景天在锌污染水平下的内生菌的群落结构及其定殖分布特征差异尚不清楚。因此,本研究以东南景天为研究对象,通过高通量测序的方法,分析其根际土壤、根系、茎和叶片组织内生菌多样性差异,并探讨土壤环境因子和植物组织中的重金属含量对内生菌多样性的影响;进一步利用平板菌落技术方法结合双光子激光共聚焦显微镜观察的方法,检测绿色荧光标记菌Ⅱ8L4-GFP在东南景天植根系、茎、叶片及根际土壤定殖的情况,以期从土壤-植物-内生菌的相互作用的角度来补充阐释东南景天对锌吸收、积累及解毒的生理生态机制。本论文取得的主要研究结果如下:(1)在门水平上,东南景天的茎、叶的优势菌门为变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门和放线菌门;而根系为变形菌门、放线菌门和拟杆菌门。不同Zn污染水平下,东南景天茎和叶片中的拟杆菌门和放线菌门的相对丰度随着Zn浓度增加而不断增加,而蓝细菌门则不断减少,变形菌门则先增加后减少;东南景天根系中的拟杆菌门和放线菌门的相对丰度随着Zn浓度增加而不断增加,而变形菌门则不断减少。不同性质土壤中,种植在Zn浓度为500 mg·kg-1土壤(Zn500)中的东南景天,其茎叶体内的变形菌门、拟杆菌门和放线菌门的相对丰度均高于复合污染土壤(MMPS),而蓝细菌门则与之相反。(2)在纲水平上,东南景天的优势菌纲主要为α-变形菌纲、β-变形菌纲、纤维粘网菌纲、Saprospirae和放线菌纲。不同Zn污染水平下,东南景天叶片体内的α-变形菌纲、纤维粘网菌纲和Saprospirae随着Zn浓度增加而不断增加,而β-变形菌纲则不断减少;东南景天茎体内的α-变形菌纲随着Zn浓度增加而不断增加,而纤维粘网菌纲、放线菌纲则不断减少,其中β-变形菌纲呈现先增加后减少降的趋势;东南景天根系中的α-变形菌纲、放线菌纲和纤维粘网菌纲随着Zn浓度增加而不断增加,而β-变形菌纲和Saprospirae则先增加后减少。不同性质土壤中,种植在Zn500土壤上的东南景天体内(叶茎根)的α-变形菌纲、β-变形菌纲、放线菌纲等菌纲的相对丰度均高于种植在MMPS土壤中的东南景天。(3)在属水平上,东南景天的优势菌属主要为链霉菌属、Flavisolibacter、鞘氨醇单胞菌、Paucibacter、红长命菌属、柠檬酸细菌属、罗尔斯顿菌属、假黄色单胞菌属、Acidovorax、柄细菌属、伯克氏菌属和土壤杆菌属等。CCA分析发现东南景天内生细菌的多样性受植物组织Zn含量、土壤有效Zn含量、土壤营养水平等的影响。Spearman相关性的热图分析表明,贪铜菌属、罗尔斯顿菌属假诺卡氏菌属、黄杆菌属主要受叶组织与根际土壤Zn含量的影响;食酸菌属、鞘氨醇单胞菌、无色杆属、黄杆菌属主要受茎组织与根际土壤Zn的影响;伯克氏菌属、根瘤菌属主要受根系组织与根际土壤Zn的影响。(4)标记菌株Ⅱ8L4-GFP不仅成功在东南景天扦插苗与组培苗的根际土壤中定殖,且可以通过根系侵入植物体内,进一步向地上部(茎和叶片)迁移,并成功在茎和叶片组织中定殖;在同一取样时间,Ⅱ8L4-GFP的数量均表现为根际土壤>根系>茎>叶片;此外,到幼嫩的茎叶组织中更适合于Ⅱ8L4-GFP的生长繁殖。基于双光子共聚焦显微镜观察结果可知,在器官水平,标记菌株数量及荧光强度表现为根系>>茎>叶片;在组织水平,标记菌株菌Ⅱ8L4-GFP主要分布在根系组织的表皮层,茎和叶片组织的维管组织;在细胞水平,标记菌株菌Ⅱ8L4-GFP主要分布在细胞间隙。初步表明内生菌是避开植物Zn浓度高的部位进行生长与定殖的。综上所述,本研究能初步知道,东南景天体内内生菌的群落结构多样性随着土壤Zn浓度水平与性质而发生变化;同时,内生菌是避开植物Zn浓度高的部位进行生长与定殖的。
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