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次生盐渍化土壤的微生物多样性及微生物改良效应研究

作　者: 黄红艳
导　师: 周培；支月娥
学　校: 上海交通大学
专　业: 农药学
关键词: 设施栽培土壤次生盐渍化微生物多样性微生物修复 NCT-2菌剂
分类号: S156.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

农业生产中由于长期施用化肥、不合理的土壤管理等导致的土壤次生盐渍化问题是我国乃至全球的农业生产都面临的困境,土壤次生盐渍化的重要特征是土壤表层硝酸盐的积累,导致土壤有机质水平严重下降,土壤微生物种类及数量显著减少,微生物与土壤及作物根系的相互作用的减弱对作物生长产生重要负面影响,严重影响到农作物质量与产量,过多的硝酸盐在土壤和水体中残留,给人类健康和自然环境造成了严重威胁。为探明利用微生物来修复设施栽培土壤次生盐渍化的有效途径,本文对实验室前期已筛选到的硝态氮转化菌NCT-2进行了分子鉴定、特性研究、菌剂制备、对土壤微生物多样性的影响以及修复效果研究,以期利用微生物调控土壤氮素循环,有效转化土壤硝酸根离子,提高氮素的生物可利用率,减少氮肥使用,降低氮素流失,保护环境,预防和修复设施农业的严重次生盐渍化现象,实现设施农业可持续生产,提高作物质量安全水平。主要研究结果如下:1.通过PCR扩增和序列测定,得到了长度约为1500bp的碱基序列,通过GenBank中的核苷酸序列比较以及系统发育树构建法发现,硝酸盐降解菌株NCT-2为巨大芽孢杆菌属(Bacillus megaterium sp.),与前期生理生化鉴定结果吻合。2.通过对硝态氮转化菌NCT-2的特性研究,得出在最佳培养条件下(PDA培养基,pH值为7.0,培养温度为35℃),硝态氮转化率第1天最快,2-3天相比于第一天较为缓慢,第3天逐渐缓慢,到第5天基本达到平稳,在第5天对硝态氮的同化率达到最高,为78%。NCT-2菌株拮抗特性研究结果表明,NCT-2菌株对常见病原菌的抑制效果不明显,故用NCT-2防治农业土传病害的有待进一步研究。3.用传统平板计数法以及BIOLOG-ECO法对设施栽培盐渍化土壤微生物多样性及其与盐渍化土壤理化性质间的相关性进行研究。微生物数量多样性结果表明,土壤中微生物总数与EC值及硝酸盐浓度呈显著的负相关,硝酸盐显著降低土壤微生物总数。土壤微生物对BIOLOG-ECO微板中的碳源利用情况显示,硝酸盐显著影响土壤微生物群落代谢功能多样性,硝酸盐浓度越高,土壤微生物对碳源的利用能力越低,多样性指数越低,说明盐渍化降低了土壤微生物对碳源的利用能力,盐渍化程度越严重,土壤中微生物多样性越低,优势菌种趋于单一化,微生物物种分布不均匀。微生物代谢指纹图谱及主成分分析结果表明,不同盐渍化程度土样中的微生物在生理代谢上存在明显的差异,盐渍化程度对土壤微生物群落功能有显著影响。4.室内盆栽模拟试验中采用平板计数法及BIOLOG-ECO法研究NCT-2菌剂对次生盐渍化土壤的改良效果,结果表明NCT-2菌剂的施加增加了土壤微生物数量,降低了土壤EC值,增加土壤有机质含量,降低土壤硝酸盐含量,其中JJG处理(碳源1与NCT-2菌株按一定比例配制的菌剂)的改良效果最好。5.采用变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)研究NCT-2菌剂对次生盐渍化土壤的生态改良效应,结果表明施加NCT-2菌剂后土壤微生物群落结构发生了明显的改变。15种土壤样品的PCR-DGGE分析结果表明土壤中不同盐分含量与不同处理方式均会对土壤微生物多样性造成显著影响:相同处理、不同硝酸盐含量的土壤样品DGGE图谱的差异性较大,图谱中的条带数、条带亮度具有明显的差异,表明土壤中硝酸盐含量显著影响土壤微生物群落结构;不同处理,相同盐分含量的土壤样品DGGE图谱具有明显的差异,细菌群落结构具有相似性较低,不同处理间的图谱在亮度上具有较大差异,表明不同处理对土壤微生物群落结构产生了显著影响。其中JJG处理(碳源1和NCT-2菌株按一定比例配制而成的混合菌剂)下土壤样品的DNA丰富度最大,三组中JJG处理下的条带数分别为36条,30条,32条,表明JJG处理显著提高微生物遗传多样性。6.在大棚青菜试验中,施用NCT-2菌剂相比常规施肥少施60%复合肥,相比于常规施肥下的土壤,青菜出苗率提高66%,产量增加58%。且土壤微生物数量增加,细菌和放线菌的数量增加量差异显著。为设施生产减少氮肥施用,调控氮素循环,为保护环境促进土壤健康提供有效措施。

全文目录

摘要  6-9
ABSTRACT  9-15
第一章文献综述  15-33
  1.1 土壤次生盐渍化  15-18
    1.1.1 土壤次生盐渍化的成因  15-16
    1.1.2 土壤次生盐渍化的表观症状  16-17
    1.1.3 设施栽培次生盐渍化土壤的盐分积累特点及规律  17
    1.1.4 次生盐渍化土壤养分组成特点  17
    1.1.5 次生盐渍化土壤的盐分离子组成特点  17-18
  1.2 土壤次生盐渍化对土壤微生物多样性的影响  18-21
    1.2.1 土壤微生物多样性与生态系统  18-19
    1.2.2 次生盐渍化对土壤微生物数量的影响  19-20
    1.2.3 次生盐渍化对土壤微生物群落结构的影响  20-21
  1.3 土壤微生物多样性研究方法  21-27
    1.3.1 微生物纯培养技术  22
    1.3.2 BIOLOG 方法  22-24
    1.3.3 磷脂脂肪酸图谱分析方法  24-25
    1.3.4 变性梯度凝胶电泳技术与温度梯度凝胶电泳技术  25
    1.3.5 随机扩增多态性DNA 技术与  25-26
    1.3.6 荧光原位杂交技术  26-27
  1.4 微生物肥料对次生盐渍化土壤的改良修复  27-29
  1.5 研究背景、意义及内容  29-33
    1.5.1 研究背景及意义  29-31
    1.5.2 研究内容  31-33
第二章 NCT-2 的分子鉴定及特性研究  33-40
  2.1 材料与设备  33-34
    2.1.1 所需菌种  33
    2.1.2 培养基的配置  33
    2.1.3 主要仪器  33-34
  2.2 试验方法  34-35
    2.2.1 NCT-2 的分子生物学鉴定  34-35
    2.2.2 NCT-2 菌株对硝态氮转化能力的测定  35
    2.2.3 NCT-2 菌株拮抗作用研究  35
  2.3 结果与讨论  35-39
    2.3.1 NCT-2 分子鉴定结果  35-37
    2.3.2 NCT-2 菌株对硝态氮转化能力的测定  37-38
    2.3.3 NCT-2 菌株拮抗作用研究  38-39
  2.4 小结  39-40
第三章次生盐渍化对土壤微生物多样性的影响  40-54
  3.1 材料与设备  40-41
    3.1.1 供试土壤样品采集  40
    3.1.2 培养基  40-41
    3.1.3 仪器与设备  41
  3.2 试验方法  41-45
    3.2.1 土壤理化性质测定  41-43
    3.2.2 平板计数法  43
    3.2.3 BIOLOGG-ECO 方法  43-45
  3.3 结果与讨论  45-53
    3.3.1 次生盐渍化对土壤理化性状的影响  45-46
    3.3.2 次生盐渍化对土壤微生物数量多样性的影响  46-47
    3.3.3 次生盐渍化对土壤微生物功能多样性的影响  47-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章盆栽模拟试验中菌剂对土壤微生物功能多样性的影响  54-66
  4.1 材料与设备  54-56
    4.1.1 供试土壤样品  54-55
    4.1.2 培养基  55-56
    4.1.3 主要仪器  56
  4.2 试验方法  56-57
    4.2.1 土壤理化性质测定  56
    4.2.2 土壤微生物数量多样性测定  56-57
    4.2.3 土壤微生物功能多样性测定  57
  4.3 结果与讨论  57-64
    4.3.1 NCT-2 菌剂对土壤微生态环境中细菌数量动态研究  57-59
    4.3.2 NCT-2 菌剂对土壤微生物功能多样性的影响  59-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章盆栽模拟试验中菌剂对土壤微生物遗传多样性的影响  66-76
  5.1 材料与设备  66-67
    5.1.1 供试土壤样品  66-67
    5.1.2 主要试剂  67
    5.1.3 仪器与设备  67
  5.2 试验方法  67-70
    5.2.1 土壤微生物DNA 的提取  67-68
    5.2.2 16S rDNA V3 区 PCR 扩增  68-69
    5.2.3 PCR 反应产物的DGGE 电泳  69
    5.2.4 DGGE 指纹图谱分析  69-70
  5.3 结果与分析  70-74
    5.3.1 土壤微生物16S rDNA 的DGGE 指纹图谱分析  70-73
    5.3.2 土壤微生物16S rDNA 的DGGE 指纹图谱聚类分析  73-74
  5.4 本章小结  74-76
第六章 NCT-2 菌剂的田间试验  76-84
  6.1 材料与设备  76-77
    6.1.1 供试区域  76
    6.1.2 材料与仪器  76-77
    6.1.3 试验方案  77
  6.2 试验方法  77-78
  6.3 结果与讨论  78-83
    6.3.1 菌剂对土壤理化性质的影响  78-79
    6.3.2 菌剂处理对土壤微生物多样性的影响  79-81
    6.3.3 菌剂处理对青梗菜产量的影响  81-83
  6.4 本章小结  83-84
第七章结论与展望  84-87
  7.1 结论  84-85
  7.2 展望  85-87
参考文献  87-95
致谢  95-96
攻读硕士学位期间发表的学术论文  96

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