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三七根际土壤细菌的群落结构与功能研究

崔尹赡  
【摘要】:三七是一种重要的经济和药用植物,但连作障碍严重。土壤微生物群落的变化被认为是三七死亡的主要原因,但对其变化规律和作用机理仍不清楚,因此系统研究三七栽种期微生物群落的变化情况,无疑具有重要意义。本文以不同季节,健康和生病,种植年限分别为1年、2年和3年的三七根际土壤样本为研究对象,在DNA和RNA水平对细菌群落结构和功能进行了研究。首先,提取三七根际土壤中微生物的总DNA后进行扩增子测序,对三七根际土壤细菌总群落进行研究。结果表明,三七根际土壤细菌具有很高的丰度和多样性。旱季样品的多样性高于雨季,生病三七高于健康三七。三七根际土壤中优势菌群为变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门。生病三七根际土中富集了大量的假单胞菌,Rickettsiaceae和amurshkyense。在功能上,生病与健康三七在氨基酸代谢合成、tRNA合成过程以及次生产物代谢方面存在差异。其次,提取三七根际土壤总RNA,对三七根际活跃细菌群落进行研究。结果显示,细菌活跃群落是总体群落的一个子集,不同样本中活跃的细菌群落不同,而不同的群落可能由不同的环境因素塑造。与健康三七相比,生病三七根际土壤活跃的细菌群落中独有的四个门是蓝藻门、拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门,其中芽孢杆菌属和Anoxybacillus属对其他细菌种群具有抑制作用。影响根际活跃细菌群落的主要环境因素是有机质速效氮速效钾磷速效磷。最后,利用宏基因组的方法开展了三七根际土壤中微生物群落组成和功能研究。三七根际土壤微生物主要参与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、核酸代谢、辅因子和维生素合成代谢、复制与重组、膜运输等生化过程。生病三七根际土壤微生物在氨基酸代谢,环境因子响应和信号转导等方面的基因丰度升高了,生病三七根际土壤微生物对环境的适应性更强。三七根际土壤细菌群落在土壤氮循环、甲烷代谢和硫代谢方面具有重要作用,是三七根际土壤中化学循环的重要驱动力。本文系统的开展了三七根际土壤细菌群落结构及其功能研究,首次对三七根际活跃细菌群落进行研究,初步揭示了三七根际土壤细菌群落在连作过程中的演替规律,阐明了三七根际土壤微生物的生态功能。从土壤微生态学的角度为三七的可连续种植及其疾病控制提供了重要信息。


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