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环境因子对花生根瘤菌遗传多样性的影响

邵帅  
【摘要】:花生是我国重要的油料作物和经济作物,我国花生种植面积居世界第二,总产量居世界第一,研究花生根瘤菌遗传多样性及丰度,揭示根瘤菌与环境因子的关系,将为高效根瘤菌的筛选和菌剂应用打下基础。常规对不同地域、不同品种花生根瘤菌分离鉴定的研究,丰富了其多样性,然而环境和花生品种的双重选择性,限制了对花生根瘤菌多样性及丰度和土壤中实际丰度相关性的客观认识。本研究从全国大尺度范围的21个样点采集分离同一品种花生根瘤内根瘤菌,结合花生根际土壤中慢生根瘤菌物种分析,客观揭示了环境因子对花生根瘤菌的分布的影响机制。从全国大尺度范围的20个样点,采集分离到1232株花生根瘤菌。通过对持家基因rec A分析,将所有菌株划分为89个慢生根瘤菌单体型,基于持家基因(dna K,rec A,gln II,gyr B,rpoB,atp D)的MLSA分析,以97%的相似性为阈值标准,将代表菌株分类为40个种,包括12个已知种和28个潜在新种。Bradyrhizobium liaoningense(19.17%)、Bradyrhizobium yuanmingense(14.62%)、Bradyrhizobium ottawaense(10.64%)、Bradyrhizobium sp.ⅩⅩⅦ(10.07%)、Bradyrhizobium sp.Ⅱ(6.34%)、Bradyrhizobium sp.Ⅷ(5.28%)、Bradyrhizobium sp.ⅩⅩⅧ(5.04%)是优势花生根瘤菌。花生根瘤菌种群的优势种群为Bradyrhizobium liaoningense,在13个样点都有分布,是分布最广的种群,广东湛江样点的alpha多样性指数最高。结瘤基因nod C的系统发育分析表明全部菌株分为9个聚类,固氮基因nif H系统发育树中分为10个聚类。通过对花生根瘤菌和环境因子进行相关性分析表明,影响根瘤菌分布的关键土壤因子为TN、p H和AP,关键的气候因子为温度和降水量。通过对采样点的分组分析结果表明我国南方地区的优势种群为Bradyrhizobium liaoningense,中部地区的优势种为Bradyrhizobium yuanmingense,北方地区的优势种为Bradyrhizobium ottawaense,且南方地区的根瘤菌种群多样性最高,花生根瘤菌的分布呈现生物地理分布特征。对从不同样点、同一花生品种花生根瘤分离到的根瘤菌,以及同一样点、不同品种花生根瘤分离到的根瘤菌综合分析,表明花生品种对花生根瘤菌多样性影响较小,花生根瘤菌的分布主要受环境因子影响。基于对花生根际土rpoB基因序列的高通量测序分析表明,花生根际土壤中慢生根瘤菌共分类为491个OTU(种),其中有27个在纯培养研究中分离得到,优势OTU数量有8个,其中Bradyrhizobium guangdongense为纯培养和免培养研究的优势菌,大量优势免培养慢生根瘤菌可能是未分离得到的花生根瘤菌类群。免培养rpoB的α多样性分析表明福建泉州的慢生根瘤菌多样性指数最高,对根际土样品进行分组,pco A结果表明不同区域的花生根瘤菌群落组成的结构也不相同,花生根瘤菌在土壤中的生物地理分布特征这,进一步支持花生根瘤菌的分布主要受环境因子影响。不同的花生品种对根际慢生根瘤菌群落无显著影响。对根际土壤中慢生根瘤菌类群与环境因子进行相关性分析表明,影响土壤中慢生根瘤菌分布的土壤因子为AK,AN,TN,关键的环境因子为湿季平均温度。花生根际土的16S rRNA高通量测序分析表明全国11个样点土壤中共有OTU数量为2,分别属于伯克氏菌属和慢生根瘤菌属,不同样点的细菌群落组成差异较大。变形杆菌是花生根际土壤中数量最多的一类(20%~50%),慢生根瘤菌属占0.5%以上,高于其余属的根瘤菌。Heatmap(热图)结果表明样点间的距离越远,细菌群落结构的相似性越低。通过对根际土样点分组分析,不同的分组的细菌群落组成差异较明显。相关性分析结果表明影响花生根际土壤中细菌群落结构的主要土壤因子为p H,AN,AP,TC。本研究对全国大尺度范围,多个样点同一花生根瘤内和根际土壤中的根瘤菌分析,客观揭示了样点花生根瘤菌的遗传多样性和分布,客观评价了环境因子、花生品种对样点花生根瘤菌多样性的影响。为高效固氮花生根瘤菌的筛选提供了大量种质资源和理论基础,为根瘤菌剂的应用范围等提供理论指导。


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