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湿生芦苇根际微生物群落结构与功能研究

作　者: 吴洁婷
导　师: 马放；王立
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微生物学
关键词: 湿地芦苇根际微生物 Biolog 群落结构多样性元素分析
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于湿地面积不断退化和消失,且湿地植物逐渐衰退,导致湿地质量不断下降。植物-微生物联合修复技术使微生物与植物相辅相成,因此是修复受污染湿地环境的理想方法之一。芦苇为修复受污染湿地土壤环境的常用植物,但芦苇衰退问题也逐渐加剧。基于以上背景,本论文以芦苇湿地生态系统为研究对象,比较了不同生长季及生境下芦苇的根际微环境的基本性质、芦苇的生长情况、从枝菌根真菌(AMF)侵染程度及14种化学元素在芦苇中的转运及富集情况。并通过DGGE及BIOLOG两种实验技术手段,对芦苇根际微生物遗传学及功能多样性进行研究。通过分析发现,不同根际土壤因子可通过不同方式影响元素在芦苇内的迁移及富集,如改变土壤中元素含量、比例及有效性,促进或抑制芦苇生长及AMF侵染,影响根际微生物多样性及活性。与其他因子相比,pH对元素的转运和富集影响更大。与碳源代谢多样性相比,微生物物种多样性,尤其是真菌多样性与芦苇生长及元素迁移富集的关系更加密切,与Zn、Mn、Mg等金属元素富集系数显著相关,且Pearson相关系数均高于9。从生长期进入成熟期,根际土壤微生物丰富度、多样性及代谢活性均降低;不同生境芦苇根际微生物多样性及活力变化与中度干扰假说及边缘效应理论相符。土壤有机质含量及碳氮比与芦苇根际微生物多样性密切相关。湿地环境土壤氧气含量比较低,不利于AMF生长,不同季节生境芦苇根系AMF侵染率较低,均未超过20%,然而芦苇AMF侵染与含水率却呈现正相关,因为AMF生长抑制因子,如P、Mg含量随含水率的升高而降低。芦苇AMF菌丝侵染率高于泡囊侵染率,且从生长期到成熟期,AMF菌丝侵染率和AMF泡囊侵染率下降。元素聚类分析结果显示:14种化学元素共聚为7类;非金属元素中C、S分别单独为一大类,N、P与金属元素聚为为一大类,但其中N和P又单独聚为一类,金属元素单独聚为一类;金属元素中,K单独为一类,Mg、Fe、Zn、Mn为一类,Ca、Cu为一类,Cr、Ni、Pb为一类。通过对17种普适微生物,即对不同环境因子变化适应性较好的芦苇根际微生物确定,发现细菌普适种较多,真菌较少,且大部分未经培养。主成分分析结果显示,湿地类型是芦苇根际细菌、放线菌群落结构变化的主导影响因子。生长季变化及湿地类型差异均为芦苇根际真菌群落结构变化的主要影响因子。湿地类型是芦苇根际微生物碳源代谢差异的主导影响因子。本论文通过相关性分析、聚类分析、主成分分析,解析了土壤-根际微生物-芦苇三者之间的相互关系,同时并确定了对不同季节生境适应性较好的芦苇根际普适微生物,为芦苇-微生物联合修复受污染的湿地生态系统提供指导。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 课题研究背景及研究目的和意义  11-13
    1.1.1 课题研究背景  11-12
    1.1.2 研究目的和意义  12-13
  1.2 根际微生物的促生作用研究进展  13-16
    1.2.1 根际微生物与植物生长  13-14
    1.2.2 根际微生物与土壤养分的微观及宏观来源  14-15
    1.2.3 根际微生物与生物控制  15-16
  1.3 根际微生物联合修复研究进展  16-19
    1.3.1 根际微生物与根际修复  17-18
    1.3.2 微生物联合修复机理  18-19
  1.4 土壤微生物多样性研究方法  19-20
    1.4.1 遗传学多样性研究方法  19-20
    1.4.2 功能多样性研究方法  20
  1.5 课题来源和研究内容  20-22
    1.5.1 课题来源  20-21
    1.5.2 课题主要研究内容  21-22
第2章材料与方法  22-29
  2.1 实验材料  22-25
    2.1.1 样地概况  22-23
    2.1.2 实验主要试剂  23
    2.1.3 实验主要仪器设备  23-25
  2.2 实验方法  25-29
    2.2.1 实验设计  25
    2.2.2 样品的采集  25-26
    2.2.3 样品的预处理及储存  26
    2.2.4 芦苇根际土壤性质分析  26-27
    2.2.5 芦苇生长状况调查及化学元素分析  27
    2.2.6 芦苇根系AMF侵染情况调查  27
    2.2.7 芦苇根际微生物遗传物质多样性调查  27-28
    2.2.8 芦苇根际微生物碳源代谢多样性调查  28
    2.2.9 实验数据的统计与分析  28-29
第3章不同生长季芦苇生态系统特征  29-48
  3.1 芦苇根际土壤性质  29-33
    3.1.1 近水区芦苇根际土壤性质  29-30
    3.1.2 远水区芦苇根际土壤性质  30-33
  3.2 芦苇生长状况  33-38
    3.2.1 近水区芦苇生长状况  33-35
    3.2.2 远水区芦苇生长状况  35-38
  3.3 芦苇根际微生物多样性  38-45
    3.3.1 近水区芦苇根际微生物多样性  38-41
    3.3.2 远水区芦苇根际微生物多样性  41-45
  3.4 芦苇根系AMF侵染情况  45-47
    3.4.1 近水区芦苇根系AMF侵染情况  45-46
    3.4.2 远水区芦苇根系AMF侵染情况  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章不同生境芦苇生态系统特征  48-68
  4.1 芦苇根际土壤性质  48-52
    4.1.1 不同类型湿地芦苇根际土壤性质  48-50
    4.1.2 不同水分梯度芦苇根际土壤性质  50-52
  4.2 芦苇生长状况  52-57
    4.2.1 不同类型湿地芦苇生长状况  52-54
    4.2.2 不同水分梯度芦苇生长状况  54-57
  4.3 芦苇根际微生物多样性  57-65
    4.3.1 不同类型湿地芦苇根际微生物多样性  57-61
    4.3.2 不同水分梯度芦苇根际微生物多样性  61-65
  4.4 芦苇根系AMF侵染情况  65-66
    4.4.1 不同类型湿地芦苇根系AMF侵染情况  65
    4.4.2 不同水分梯度芦苇根系AMF侵染情况  65-66
  4.5 本章小结  66-68
第5章芦苇生态系统不同组分相互作用关系  68-86
  5.1 芦苇根际土壤性质对芦苇生态系统的影响  68-72
    5.1.1 芦苇根际土壤元素主成分分析  68-70
    5.1.2 芦苇根际土壤性质对芦苇生长状况的影响  70-71
    5.1.3 芦苇根际土壤性质对微生物多样性的影响  71
    5.1.4 芦苇根际土壤性质对根系AMF侵染情况的影响  71-72
  5.2 芦苇生态系统不同生物组分间的相互作用  72-74
    5.2.1 芦苇生长状况与根际微生物多样性的相关性  72-73
    5.2.2 芦苇生长状况与根系AMF侵染情况的相关性  73
    5.2.3 芦苇根际微生物多样性与根系AMF侵染情况的相关性  73-74
  5.3 元素聚类分析  74-76
    5.3.1 土壤性质与元素分配  75-76
    5.3.2 植物生长与元素分配  76
  5.4 芦苇根际微生物群落结构及功能主导影响因子分析  76-84
    5.4.1 群落结构分析  76-80
    5.4.2 主导影响因子分析  80-84
  5.5 本章小结  84-86
结论  86-88
参考文献  88-98
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  98-100
致谢  100

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