短花针茅荒漠草原优势植物根系分泌物及其主要组分对土壤微生物的影响
短花针茅荒漠草原优势植物根系分泌物及其主要组分对土壤微生物的影响
【摘要】： 根系分泌物是保持根际微环境活力与构成植物根际不同微生态特征的关键因素。植物根系分泌物对调节根际微生物群落、改善根际微环境以及植物群落中的种间相互关系均具有重要的作用。荒漠草原群落中植物根系分泌物的研究,有助于从生理生态学角度探究荒漠草原植物适应其生存环境的生理机制,揭示植物通过根系分泌物调控根际微生物,微生物参与土壤中的物质转化,为植物提高有效养分,进而实现对植物生长状态的调控,而适应其生存环境。本研究采集了短花针茅荒漠草原群落中建群种短花针茅与2种优势种冷蒿和无芒隐子草的根系,通过砂培和水培2种方法收集其根系分泌物,经乙酸乙酯萃取后,采用气相色谱-质谱联用仪对其组分进行了鉴定。并采用化学试剂模拟了三种植物根系分泌物中的3种共有组分。将每种组分的模拟物回接草原土壤培养后,重点采用Illumina Miseq高通量测序技术对土壤细菌16S rDNA的V3-V4区域和真菌rDNA的ITS1-ITS2区域进行了测定,综合分析了三种组分对土壤中细菌和真菌的多样性与群落组成,以及土壤主要性状的影响。主要研究结果如下:(1)短花针茅、冷蒿和无芒隐子草的根系分泌物都包含有酯类、烃类、酚类和酰胺类物质,而且均为酯类物质含量最高。短花针茅、无芒隐子草和冷蒿根系分泌物的基本组分分别有7种、8种和6种。三者的共有组分有3种,分别是乙酰柠檬酸三丁酯、芥酸酰胺和1,2-二甲苯。而且该三种组分的含量均相对较高,也是三种植物根系分泌物的主要组分。(2)三种分泌物中,乙酰柠檬酸三丁酯和1,2-二甲苯使土壤细菌多样性显著降低,芥酸酰胺对土壤细菌多样性影响表现为低促高抑的浓度效应。三者均对土壤细菌群落中的Gp4、Gp6、Gp25、Gp7、Parasegetibacter、Flavitalea、Flavisolibacter和Niastella有显著抑制作用,特别对优势菌Gp4和Gp6有极显著地抑制作用。三者都对Bacillus、Thermoleophilum、Gaiella、Streptomyces、Aciditerrimonas、Solirubrobacter和Conexibacter有显著促进作用。此外,乙酰柠檬酸三丁酯对Sphingomonas和Lysobacter有极显著促进作用,芥酸酰胺对Pseudomonas和Gaiella有极显著地促进作用,1,2-二甲苯对Pseudomonas、Bacillus和Gaiella有极显著地促进作用。其中,Bacillus、Pseudomonas、Sphingomonas、Streptomyces、Arthrobacter和Thermoleophilum均为已被证实的根际促生菌。(3)三种分泌物组分均使土壤真菌多样性显著下降。乙酰柠檬酸三丁酯对真菌群落中的优势菌Fusarium有显著促进作用,对Penicillium、Aspergillus、Geotrichum、Candida、Xeromyces、Pseudogymnoascus、Phaeosphaeria、Ophiocordyceps、Plectosphaerella、Russula、Phanerochaete和Mortierella有显著抑制作用。芥酸酰胺对Fusarium和Trichoderma有低促高抑的浓度效应,对Penicillium和Aspergillus有显著促进作用,对Phaeosphaeria、Ophiocordyceps和Lecanicillium有显著抑制作用。1,2-二甲苯对Mortierella有显著促进作用,高浓度时也对Phoma和Selenophoma有显著促进作用,对Fusarium有低促高抑的浓度效应,对Aspergillus和Gibberella有显著抑制作用。(4)三种分泌物组分均可显著提高土壤的速效磷和有机碳含量,1,2-二甲苯还可使土壤速效氮含量显著增加,乙酰柠檬酸三丁酯和芥酸酰胺可使土壤pH显著降低,而1,2-二甲苯使土壤pH显著增加。细菌群落中的Gp16、Rubrobacter、Bacillus、Iamia、Pseudomonas和Lactobacillus既与速效磷正相关,又与速效氮正相关。真菌群落中与速效氮正相关的主要有Hygrocybe、Cryptococcus、Metarhizium、Malassezia、Cordyceps、Phoma、Selenophoma和Conocybe。与速效磷正相关的主要有Selenophoma、Conocybe、Phoma、Cordyceps、Emericella、Preussia、Leptospora、Pseudogymnoascus、Trichothecium和Mortierella。(5)三种分泌物组分均可显著改变土壤微生物群落组成,特别是改善土壤细菌的群落组成,并且能够显著提高土壤中的有效磷含量,1,2-二甲苯还可使土壤中的有效氮显著增加。揭示了植物体可以通过根系分泌有机物质,改变其根际微生物群落结构组成,进而改善根际土壤微环境的生理适应机制。而且1,2-二甲苯是改善植物根际微环境的最有效的分泌物组分,细菌中Bacillus和Pseudomonas极可能是促使土壤养分有效化的关键微生物。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
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