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SRTS对盐碱土壤氮素转化及固氮菌多样性的影响

作　者: 周洁
导　师: 王宏燕
学　校: 东北农业大学
专　业: 微生物学
关键词: 抗盐碱转基因大豆(SRTS) 盐碱土 BADH 凰氮素转化固氮菌多样性
分类号: S565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

抗盐碱转基因大豆(Salinization Resistance Transgenic Soybean,简称SRTS)是利用基因工程技术将甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)导入栽培大豆黑农35培育而成。抗盐碱转基因大豆在大庆-安达地区进行封闭试种,产量可达250-300斤/亩,但其释放到农田后的风险和土壤生态系统的安全性不容忽视。本论文以抗盐碱转基因大豆(SRTS)、亲本非转基因大豆(HN-35)、合丰50(HF-50)、抗线王(K)和野生大豆(Y-21)为试验材料,进行对比分析。研究SRTS对根际土壤与氮素转化有关的细菌及其生化指标,如固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌、氨化强度、硝化强度、固氮强度、铵态氮、硝态氮和微生物量氮等的影响,并采用PCR-DGGE相结合的方法,研究SRTS对根际土壤中与氮素转化有关的关键功能性菌以及固氮菌多样性的影响。从整个生育期看,SRTS对土壤自生固氮菌数量有促进作用。从整体平均水平看各个品种自生固氮菌数量从大到小依次为SRTS、HN-35、Y-21、HF-50、K, SRTS比其它品种分别提高了10.31%、12.15%、13.31%、16.03%。SRTS对氨化细菌有一定的抑制作用,降低了根际土壤氨化细菌数量。从整个生育期平均水平来看,根际土壤氨化细菌数量从高到低依次为HN-35、HF-50、SRTS、Y-21、K。HN-35比HF-50、SRTS、Y-21和K分别提高了3.26%、5.43%、5.81%和7.70%。从整个生育期平均水平来看,根际土壤硝化细菌数量由高到低的顺序依次为HN-35、SRTS、Y-2l、HF-50、K,HN-35与其他品种相比分别提高了1.81%、3.68%、4.65%和10.59%。方差分析表明SRTS在苗期和花期与HN-35无显著差异,鼓粒期SRTS显著高于其他品种大豆,而成熟期SRTS却显著抑制了硝化细菌的数量,说明SRTS对根际土壤硝化细菌存在显著影响,具有阶段性。不同基因型大豆对根际土壤固氮强度的影响从整个生育期的平均水平来看,根际土壤固氮强度由大到小的顺序依次为HF-50、SRTS、Y-21、HN-35、K,苗期和鼓粒期SRTS根际土壤固氮强度与其受体非转基因大豆HN-35无显著差异,但是SRTS要稍高于HN-35,而花荚期和成熟期SRTS的固氮强度要明显高于HN-35,成熟期更为显著。从整个生育期看SRTS对根际土壤固氮作用强度有促进作用。从整个生育期平均水平来看,根际土壤氨化强度由大到小的顺序依次为K、HN-35、HF-50、Y-21、SRTS,转化强度最高的K比HN-35、HF-50、Y-21和SRTS分别提高了2.07%、22.0%、22.19%和43.02%。这说明SRTS降低了根际土壤氨化强度。硝化作用强度从总体平均水平来看,转化强度由高到低的顺序依次SRTS、Y-21、HF-50、K、HN-35,SRTS比Y-21、HF-50、K和HN-35分别提高了12.86%、16.18%、50%和52.9%。经方差分析结果表明,各时期各品种间几乎都存在显著差异,表明SRTS在一定程度上能提高根际土壤硝化强度。从整个生育期平均水平来看,铵态氮利用情况由高到低的顺序依次是HF-50、K、Y-21、HN-35、SRTS。SRTS与HF-50、K、Y-21、HN-35分别降低了17.68%、13%、12.7%和12.6%。总体来看SRTS对于铵态氮来说抑制了其利用吸收。硝态氮利用程度由大到小顺序为SRTS、Y-21、HF-50、K、HN-35,SRTS与授体非转基因大豆HN-35相比提高了5.64%。SRTS对硝态氮起到了促进作用。根际土壤微生物量氮含量在各生长时期SRTS和HN-35差异不同,苗期、花荚期SRTS根际土壤微生物量氮含量分别高于同期HN-35含量62.5%和310.19%,鼓粒期、成熟期SRTS微生物量氮含量差异不大。总体水平来看SRTS能够提高土壤微生物量氮的含量,对其有一定的促进作用。种植SRTS后根际pH有一定程度的降低,说明一定程度上SRTS能够改善盐碱土的盐碱度。固氮菌DGGE的指纹图谱分析表明,不同品种大豆存在一定的相似性,部分条带为共有条带。SRTS与亲本HN-35相比,条带差异不明显,SRTS的多样性指数、均与度指数与其亲本HN-35、HF-50差异不大,与野生大豆及抗线王品种的相似性较低。聚类分析五个品种,HF-50与亲本非转基因大豆HN-35品种大豆根际土壤固氮菌相似性为84%聚成一簇,之后SRTS与HF-50与亲本非转基因大豆HN-35品种聚成一簇,相似性为78%,Y-2l与这三个品种的相似性为69%,而K的相似性最低为45%。总体表明SRTS对根际土壤固氮菌的多样性稍有影响,但不显著。

全文目录

中文摘要  8-10
英文摘要  10-12
1 前言  12-22
  1.1 研究的目的与意义  13
  1.2 国内外研究进展与现状  13-21
    1.2.1 转基因大豆的研究现状  14
    1.2.2 盐碱土壤概况  14-15
    1.2.3 BADH基因的研究  15-16
    1.2.4 转基因植物对土壤微生物的影响  16-17
    1.2.5 土壤微生物多样性的研究概况  17-20
    1.2.6 生物固氮和固氮微生物多样性研究方法  20-21
  1.3 课题项目来源  21-22
2 试验材料和方法  22-31
  2.1 试验材料  22
    2.1.1 研究区域概况  22
    2.1.2 供试作物  22
  2.2 小区设计  22-23
  2.3 试验的主要内容和技术路线  23-24
    2.3.1 研究的主要内容  23
    2.3.2 研究的技术路线图  23-24
  2.4 土壤样品的采集  24-25
  2.5 土壤生理生化指标的测定方法  25-26
    2.5.1 土壤氮素转化细菌的测定  25
    2.5.2 土壤氮素转化细菌强度的测定  25
    2.5.3 形态指标的测定  25-26
    2.5.4 土壤养分的测定  26
  2.6 土壤中固氮菌多样性的测定和分析方法  26-31
    2.6.1 所需试剂  26
    2.6.2 试验仪器  26
    2.6.3 引物的选择  26-27
    2.6.4 土壤总DNA的提取  27
    2.6.5 PCR扩增  27-28
    2.6.6 DGGE电泳及分析  28-31
3 结果与分析  31-45
  3.1 SRTS对根际土壤氮素转化细菌的影响  31-33
    3.1.1 SRTS对根际土壤固氮细菌的影响  31
    3.1.2 SRTS对根际土壤氨化细菌的影响  31-33
    3.1.3 SRTS对根际土壤硝化细菌的影响  33
  3.2 SRTS对根际土壤生化强度的影响  33-36
    3.2.1 SRTS对根际土壤固氮作用强度的影响  33-34
    3.2.2 SRTS对根际土壤氨化作用强度的影响  34-35
    3.2.3 SRTS对根际土壤硝化作用强度的影响  35-36
  3.3 SRTS对根际土壤无机氮的影响  36-38
    3.3.1 SRTS对铵态氮的影响  36-37
    3.3.2 SRTS对根际土壤硝态氮的影响  37
    3.3.3 SRTS对根际土壤微生物量氮的影响  37-38
  3.4 SRTS对根际土壤pH的影响  38-39
  3.5 SRTS对根际土壤自生固氮菌多样性的影响  39-45
    3.5.1 DNA的提取  39-40
    3.5.2 nifH基因序列的扩增  40
    3.5.3 DGGE图谱分析  40-45
4 讨论  45-48
  4.1 转基因大豆对土壤微生物数量的影响  45
  4.2 转基因大豆对土壤生化强度的影响  45-46
  4.3 转基因大豆对土壤无机氮的影响  46
  4.4 转基因大豆对固氮菌多样性的影响  46-48
5 结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-57
攻读学位期间发表的学术论文  57

SRTS对盐碱土壤氮素转化及固氮菌多样性的影响

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