陕西黄土高原固氮植物沙棘根际微生物多样性研究

【摘要】： 为探索黄土高原地区非豆科固氮植物沙棘(Hippophae rhamnoides)根际促生菌在促进植被恢复和生态系统重建过程中的作用,以陕西关中地区结瘤沙棘根际土壤和根瘤为研究材料,通过对其微生物种群结构与土壤肥力之间关系的检测,以及根际氢氧化细菌、弗兰克氏菌(Frankia)和VA菌根(Vesicular-Avbuscular mycorrhiza)真菌多样性的研究,了解非豆科植物根际氢氧化细菌的种属分布情况,丰富现有关于氢氧化细菌分类的研究,并探索沙棘根际多种微生物联合促生的关系和机制。主要实验内容和结果如下： 本实验采用气体循环体系,电解水产生微量H2处理根际土壤,结果显示处理后的土壤中微生物种群结构发生改变,细菌和放线菌数量增加,其中氢氧化细菌数量显著增加,而真菌数量却有所减少；处理后土壤中微生物呼吸作用强度以及土壤酶的活性均有不同程度的提高,土壤有机质含量增加,植物激素类物质增多,说明H2处理后土壤的肥力有所提高。 采用持续通H2的气体循环培养体系和矿质盐(MSA)培养基分离出59株细菌。通过TTC试验、气相色谱法测定氧化H2能力以及自养生长检测,筛选出12株含氢化酶且氧化H2能力较强的菌株,初步确定为氢氧化细菌,其中菌株FS2的的氧化H2能力可达35.43μmol/L。根据菌株的形态特征、培养特征和生理生化特征,初步将这12株菌分属于芽孢杆菌属(Bacillus)、气单胞菌属(Aeromonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、微球菌属(Micrococcus)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、短状杆菌属(Brachybacterium)、诺卡氏菌属(Nocardia)和脂肪杆菌属(Pimelobacter)。菌株FS2的16S rRNA基因序列(GenBank登录号为GU084156)与芽孢杆菌属同源性为99%,在系统发育树上位于同一分支,进一步将菌株FS2归为芽孢杆菌属(Bacillus)。 利用薄层层析的方法筛选出2株具有ACC脱氨酶的菌株FS2和WS4,并检测了对两株菌ACC脱氨酶活性的影响因素。结果表明两株菌在培养24h时可分解近90%的ACC,最适温度为30-35℃,最适pH为7-7.5。 从沙棘根瘤中分离出3株内生菌SY1,SY2,SY3,其属于慢生长型放线菌,在BAP液体培养基中形成颗粒状或絮状沉淀；在光学显微镜下,菌丝有分枝且粗细不一,无氮培养基诱导可产生泡囊,这些特征均符合弗兰克氏菌的一般性质,可将3株内生菌初步断定为弗兰克氏菌。通过对3株内生菌的生物学特性研究发现,菌株SY1和SY2为生理A型,菌株SY 3为生理AB型,利用较好的碳源是葡萄糖和Tween-80,利用较好的氮源是硫酸铵和硝酸钾。 利用酸性品红对沙棘根段染色,结果可见3批样品沙棘根系都有VA菌根(Vesicular-Avbuscular mycorrhiza)真菌侵染,侵染率分别为55.6%,72%,65%。采用湿筛倾析法从沙棘根际土壤鉴定出2属7种VA菌根真菌,包括球囊霉属(Glomus)6种：缩球囊霉(Glomus constrictum Trappe)、近明球囊霉(Glomus claroideum Schenck Smith)、根内球囊霉(Glomus intraradices Schenck Smith)、地球囊霉(Glomus geosporum Walker)、透光球囊霉(Glomus diaphanum Marton walker)、网状球囊霉,(Glomus reticulatum Bhattacharjee Mukerji);巨囊霉属(Gigaspora)1种：巨大巨孢囊霉(Gigaspora gigantean Gerd.Trappe)。