硅酸盐矿物分解细菌的定向筛选及其活化土壤硅的研究

摘要

硅是植物健康生长的有益元素。尽管土壤硅含量丰富，但其中大部分不能被植物吸收利用。硅酸盐矿物分解细菌能够分解土壤中钾长石、云母等硅酸盐类原生态矿物，释放出硅，从而提高土壤有效硅含量。目前关于此类细菌解钾、溶磷的研究报道较多，而对其活化土壤硅的效能研究较为少见。本文从定向筛选多功能硅酸盐矿物分解细菌入手，研究了不同菌株在土壤中的定殖动态及其对土壤矿物硅的活化效能及途径；并通过盆栽试验研究不同菌株对植物的促生效应及其机制，以期为硅酸盐矿物分解细菌改善土壤硅素营养及硅酸盐菌剂的科学应用提供理论依据与技术途径。
　　 本研究以菌株产IAA、铁载体及释硅能力为筛选指标，从本实验室保存硅酸盐细菌中筛选到一株高效稳定的钾长石分解细菌N1-1，通过16S rDNA序列分析将其初步鉴定为根瘤菌属（Rhizobium sp.）。该菌株为革兰氏阴性，具有较好的固氮、溶磷及产精氨酸脱羧酶的能力，最适生长温度为28℃，在pH4.0-11.0范围内生长良好，兼性厌氧。在添加钾长石的培养基中振荡培养7 d后，发酵液pH由原来的6.89下降到3.98，释放出的硅、铁元素含量分别比对照增加114.8％和133.1％。
　　 采用利福平和pPZP201-gfp分别标记了筛选菌株N1-1和本实验室保存菌株Bacillusedaphicus NBT和Rhizobium sp.7G2，获得了利福平抗性菌株N1-1R、NBT-R和GFP标记菌株7G2-gfp。标记菌株在水稻土中的定殖试验表明，菌株N1-1R和NBT-R能在水稻土中很好定殖，并于48 d时数量还能维持在103-104 cfu·g-1土，且在灭菌土壤中的定殖水平高于未灭菌土壤。3株菌中，菌株NBT-R定殖能力最强，接该菌处理14 d时土壤总细菌、放线菌数量增加，真菌数量减少。
　　 菌株对水稻土不同形态硅素活化试验表明：与不接菌对照相比，接菌N1-1R、7G2-gfp、NBT-R处理在7-23 d内土壤水溶态硅含量均有减少。第23 d时接菌处理土壤水溶态硅含量比对照减少了15.2％-33.4％，差异达显著水平；接菌NBT-R处理48 d内土壤活性硅含量均比对照增加，且在第7 d时增幅达14.9％，与对照差异显著；接菌各处理23 d时土壤无定形硅含量比对照显著增加，增幅为19.1％-43.1％。接菌并未改变硅素转化平衡。48 d后接菌处理土壤有效硅含量均比对照增加，增幅为3.0％-8.2％，其中接菌NBT-R处理土壤有效硅含量与对照相比差异显著。
　　 盆栽试验研究了供试菌株对水稻生长、土壤有效硅含量及土壤微生物群落的影响。结果表明，未灭菌土壤接菌7G2-gfp和NBT-R处理均能显著提高水稻植株生物量及其体内硅含量，接菌处理的水稻植株地上部和根部干重分别比不接菌对照增加43.0％-61.2％和48.4％-70.6％，地上部和根部硅含量分别增加12.9％-36.0％和9.2％-23.2％。接菌7G2-gfp处理显著提高了土壤有效硅含量，与对照相比提高17.3％。接菌提高了土壤中可培养细菌的数量，且对土壤微生物群落有一定影响，但这种影响并不明显。

目录

文摘

英文文摘

符号及缩略语说明

第一章 文献综述

第一节 土壤硅素营养

1 硅素营养对植物生长的重要作用

2 土壤硅素营养现状

3 提高土壤硅素营养的途径

第二节 硅酸盐矿物分解细菌研究概况

1 硅酸盐矿物分解细菌的种类及生态分布

2 细菌对硅酸盐矿物的风化能力及机理研究

3 硅酸盐矿物分解细菌的植物促生作用

第三节 硅酸盐细菌在农业上的应用研究

第四节 研究目的及意义

第二章 硅酸盐矿物分解细菌的定向筛选、鉴定及其生物学特性

1 材料

2 方法

3 结果与分析

3.1 硅酸盐矿物分解细菌的初筛

3.2 菌株的复筛

3.3 菌株鉴定

3.4 菌株的生物学特性

4 讨论

5 本章小结

第三章 供试菌株在土壤中的定殖及其对土壤硅素活化效能的研究

1 材料

2 方法

3 结果与分析

3.1 供试菌株在两种灭菌土壤中的存活

3.2 供试菌株在水稻土中的定殖

3.3 供试菌株对土壤中不同形态硅含量的动态影响

3.4 供试菌株对土壤有效硅含量的动态影响

4 讨论

5 本章小结

第四章 供试菌株对水稻生长及土壤有效硅含量的影响

1 材料

2 方法

3 结果与分析

3.1 菌株对水稻植株生物量的影响

3.2 菌株对水稻植株地上部及根部硅含量的影响

3.3 菌株对土壤中有效硅含量的影响

3.4 土壤中供试菌株的检测

3.5 菌株对未灭菌土壤可培养微生物数量的影响

3.6 菌株对未灭菌土壤细菌群落的影响

4 讨论

5 本章小结

全文总结

本文的创新之处

主要参考文献

附 录一

附 录二

致 谢