荒漠地区锦鸡儿属植物联合细菌空间分布特征及其促生特性研究

摘要

植物联合细菌是植物微生态系统中的重要组成部分，其在提高植物抗逆性、改善土壤肥力、促进植物生长等方面都发挥着重要作用。本研究选择我国西北典型荒漠区内常见的锦鸡儿属植物为研究对象，利用经典的分离培养和高通量测序技术，从多层次系统的分析了锦鸡儿属植物联合细菌在不同荒漠化地区、不同种锦鸡儿之间、不同微生境（根际、叶际和内生域）中的菌群结构、遗传多样性和促生特性。其主要研究结果如下：
　　1.阐释了不同微生境下锦鸡儿属植物联合细菌的空间分布特征。
　　利用高通量测序技术，从6种锦鸡儿的根际土壤和叶际样品中共获得453,536条有效序列，14288个OTU。其中，叶际细菌的OTU和有效序列数目都低于根际。在门的水平上，锦鸡儿属植物的根际和叶际细菌的主要组成（相对丰度大于5％）为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)，但是这些细菌类群在根际和叶际所占比例不同，其中Proteobacteria在根际土壤中最丰富，而Cyanobacteria则在叶际最丰富。
　　利用分离培养技术，从6种锦鸡儿属植物内生域（根和叶）中共分离出116株内生细菌（根74株，叶42株），菌群浓度在1.0×102-1.85×106cfu·g-1鲜重。它们分属于厚壁菌门(Firmicutes)、Proteobacteria和Actinobacteria，根中Proteobacteria占优势，而叶中则Firmicutes占优势，并且根内生细菌的种类和数量均高于叶内生细菌。
　　根据NMDS分析表明，微生境不同（根际、叶际）是影响锦鸡儿属植物体表细菌菌群结构差异的主要因素。
　　2.阐释了不同种锦鸡儿之间联合细菌的空间分布特征。
　　高通量测序结果显示，6种锦鸡儿植物根际土壤样品之间细菌的丰富度和多样性差异不大；叶际样品之间细菌多样性差异也不大，但是在丰度上差异明显。其中Cyanobacteria在柠条锦鸡儿叶际丰度高达70%，而在荒漠锦鸡儿叶际丰度则低于5%；Bacteroidetes在荒漠锦鸡儿和藏锦鸡儿叶际分布的丰度要高于其它4种锦鸡儿；Actinobacteria和Bacteroidetes则在柠条锦鸡儿叶际的丰度最低。
　　6种锦鸡儿之间内生细菌菌群结构有明显差异。短叶锦鸡儿内生细菌多样性＞树锦鸡儿＞荒漠锦鸡儿＞柠条锦鸡儿和藏锦鸡儿＞小叶锦鸡儿。其中Bacillus是6种锦鸡儿内生细菌的优势菌群，在所有锦鸡儿样品中均有分布。
　　3.阐释了不同荒漠区小叶锦鸡儿内生细菌空间分布特征。
　　从5个荒漠地区小叶锦鸡儿根中共分离出51株内生细菌，菌群浓度在3.03×104-5.53×106cfu·g-1鲜重。它们分属于4个大的门类18个属，其中Firmicutes为优势菌群，占72.5%。5个地区小叶锦鸡儿根内生细菌菌群结构有很大差异：半湿润地区(ZGT)小叶锦鸡儿根内生细菌多样性要高于干旱地区(MQ)和半干旱地区(YC、NM、WNT)。
　　4.探明了6种锦鸡儿根际土壤理化特性及其与细菌分布的关系。
　　对锦鸡儿属植物根际、非根际土壤理化性质研究表明，根际土壤中全氮、全磷和有机质的含量均比非根际土壤高。RDA分析表明根际细菌的分布受土壤TP含量和土壤粒度影响较大，受土壤pH、全氮、有机质和电导率影响较小。
　　5.阐明了锦鸡儿属植物内生细菌的促生特性。
　　锦鸡儿属植物内生细菌具有溶解无机磷、分泌IAA、产铁载体、ACC脱氨酶、固氮等功能。固氮和产ACC脱氨酶菌株所占比例最高，分别为82.03%和64.07%。其中还有一些菌株可合成acdS和nifH基因。这些具有植物促生特性的菌株分属于芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、短杆菌属、贪食菌属和叶杆菌属等，可作为良好的接种菌剂。
　　综上所述，锦鸡儿属植物联合细菌在荒漠化地区具有丰富的遗传多样性和功能多样性。该研究结果为进一步揭示植物联合细菌与荒漠植物以及环境之间的互作机制奠定了基础；对保护和开发利用我国锦鸡儿属植物特有的细菌资源以及保持和恢复荒漠区生态系统的多样性也具有重要意义；并且期望分离得到的植物联合细菌在促进植物生长和提高植物抗逆性以及在荒漠化地区的植被恢复和重建中发挥重要作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1锦鸡儿属植物概述

1.1.1锦鸡儿属植物的形态特征

1.1.2锦鸡儿属植物的分布和分类

1.1.3锦鸡儿属植物对干旱胁迫的适应

1.2 植物联合细菌研究进展

1.2.1植物联合细菌的概念

1.2.2植物联合细菌的研究方法

1.2.3植物联合细菌多样性研究

1.2.4植物联合细菌生物学功能

1.2.5 植物联合细菌的应用

1.3植物联合细菌在研究过程中存在的问题

1.4本研究的目的和意义

第二章 实验材料与方法

2.1研究区域概况

2.2 样品采集

2.3实验方法

2.3.1土壤理化性质测定

2.3.2 锦鸡儿属植物根际和叶际细菌Miseq高通量测序

2.3.3 锦鸡儿属植物内生细菌遗传多样性研究

2.3.4内生细菌促生特性测定

2.3.5 数据处理与分析

第三章 结果与讨论

3.1锦鸡儿属植物根际土壤理化性质

3.2基于高通量测序的锦鸡儿属植物根际和叶际细菌空间分布特征

3.2.1锦鸡儿属植物根际和叶际细菌空间分布特征

3.2.2不同种锦鸡儿之间植物根际和叶际细菌空间分布特征

3.2.3细菌空间分布与宿主种类及栖息微生境的关系

3.2.4土壤理化因子与根际细菌空间分布的关系

3.3同一地区不同种锦鸡儿植物内生细菌空间分布特征及其促生特性

3.3.1同一地区6种锦鸡儿植物内生细菌的分离培养

3.3.2同一地区6种锦鸡儿植物内生细菌空间分布特征

3.3.3同一地区6种锦鸡儿植物内生细菌促生特性

3.4不同区域小叶锦鸡儿内生细菌空间分布特征及其促生特性

3.4.1不同荒漠区小叶锦鸡儿内生细菌的分离培养

3.4.2不同荒漠区小叶锦鸡儿内生细菌空间分布特征

3.4.3 不同荒漠区小叶锦鸡儿内生细菌促生特性

第四章 结论与展望

结论

展望

参考文献

附录

致谢