食细菌线虫与细菌的相互作用及其对土壤氮素矿化和植物根系生长的影响

论文摘要

食细菌线虫是土壤中重要的食细菌微型动物，由于其在土壤中数量多，代谢活性高，与微生物关系密切，关于食细菌线虫与微生物的相互作用及其生态效应的研究引起了生态学家普遍的关注。尽管研究结果不尽相同，但总体趋势都揭示食细菌线虫对细菌的取食所产生的直接或间接作用促进了土壤氮素矿化及氮素养分供应，促进了多数植物的生长和氮素营养状况改善。但是食细菌线虫与细菌之间的相互作用必然也会受到线虫种类、密度，细菌种类及环境因素等的影响。并且基于原生动物对植物生长促进作用的激素效应的研究，由于食细菌线虫在生理及生态上与原生动物极相似，并且在土壤中其数量和原生动物相当甚至超过原生动物，因此有理由认为食细菌线虫对植物生长的促进作用机理也可能存在线虫作用下的激素效应。本文在实验室已有工作基础上，首先采用悉生培养系统，并在设置了不同线虫牧食强度和不同湿度条件下，研究模式食细菌线虫（C.elegans）与细菌（B.subtilis）的相互作用及其对土壤氮素矿化的影响；其次，在自然土培条件下，研究供试土壤土著食细菌线虫及模式线虫（C.elegans）对番茄（Lycopersicon esculentum Mill）和小麦（宁麦9号）根系生长的影响，并初步探讨其中的激素作用及同时对土壤微生物群落结构的影响。旨在进一步阐明土壤食细菌线虫与细菌的相互作用及其对植物生长的促进作用机理。研究结果表明：1．土壤食细菌线虫与细菌的相互作用对细菌数量的影响有别于一般的牧食关系，食细菌线虫的取食促进了细菌的繁殖，并且能够促进细菌的活性。土壤食细菌线虫与细菌的相互作用进一步促进了土壤氮素的矿化，尤其是铵态氮和矿质氮含量的提高，但是，在悉生培养条件下，土壤硝态氮表现出强烈的降低趋势。2．食细菌线虫对细菌的促进作用存在“适度牧食”密度，即过度牧食的情况下，线虫对细菌的促进作用下降，同时线虫的增长幅度也下降。在试验设置的三个线虫取食密度下，线虫对细菌的促进作用表现为接种20条线虫·g-1土处理＞10条线虫·g-1土＞40条线虫·g-1土。并且，线虫对细菌过度牧食在相对降低细菌数量的同时，对土壤氮素的矿化作用也相应下降。不同取食密度处理间，线虫对土壤氮素矿化的促进作用程度与对细菌的增殖促进作用程度趋势一致。3．食细菌线虫与细菌之间的相互作用受土壤水分含量的影响，在试验设置的含水量条件下，线虫对细菌的增殖促进作用总体表现为23％含水量处理＞17％含水量处理＞28％含水量处理，并且对土壤氮素矿化的促进作用也表现为23％含水量处理高于17％和28％两个含水量处理，而后两个含水量处理之间没有明显差异。因为线虫是水生动物，在土壤中需要水膜来生存和运动。但是，线虫在薄的水膜中的迁移活动比在自由水中要快，而线虫在不同含水量条件下迁移、分布和活动的改变也就影响了对细菌生物量周转以及土壤养分的作用。4．通过添加基质（猪粪和稻草）培养获得食细菌线虫的大量繁殖，并根据线虫虫体大小的特点采用两种孔径的网袋将内层添加基质土壤和外层未加基质土壤区分，从而内层大量繁殖的线虫通过1mm网袋迁移至外层未加基质的土壤，而采用5μm网袋则限制了线虫向外层土壤的迁移，从而获得土著食细菌线虫大量富集的外层土壤及对照土壤。并且1mm网袋外层主要是Protorhabditis.sp线虫的增加。添加两种基质的5μm网袋处理，外层土壤线虫数和空白处理差异不大。添加猪粪处理对食细菌线虫的繁殖作用优于添加稻草处理，这主要可能是由于猪粪的C：N比比较小，分解较快，线虫的繁殖，尤其是食细菌线虫的繁殖，和有机物料的分解速度直接相关。5．无论是直接原位富化获得土著食细菌线虫的大量繁殖，还是接种外源食细菌线虫，都促进了植物（番茄和小麦）的根系生长，主要是促进了根系形态的改变，即根系发育成了更长、更细、有更多分支的根系系统。6．食细菌线虫富集处理与对照处理相比，在种植番茄和小麦的土壤中IAA和GA3的含量都显著提高。将食细菌线虫各处理作总平均值的分析表明，在种植番茄的土壤中，食细菌线虫使IAA和GA3含量分别提高了72.7％和71.4％；种植小麦的土壤中，食细菌线虫分别使IAA和GA3含量提高了90.7％和41％。通过Biolog的测定考察食细菌线虫对种植植物土壤微生物（细菌）群落的影响表明食细菌线虫的存在促进了土壤微生物群落的总体活性（AWCD值表示），并显著地改变了土壤微生物群落结构：接种食细菌线虫处理，土壤微生物对碳源类群的利用发生了显著的改变。而土壤中激素含量的提高主要应该是由于线虫的选择性取食对土壤微生物群落结构的改变。将这些结果与食细菌线虫对植物根系生长的促进作用相结合，在一定程度上说明了食细菌线虫同原生动物一样，存在对植物根系生长促进作用的激素效应。7．食细菌线虫对微生物群落结构的影响以及对植物根系的促进作用大小受线虫种类的影响，试验土壤富化的土著食细菌线虫对植物根系生长的促进作用优于实验室培养基上培养获得的外源食细菌线虫C.elegans，对土壤微生物群落的总体活性（AWCD值表示）的促进作用也表现为前者大于后者，并且两个处理微生物群落对碳源类群的利用也不同。而食细菌线虫与微生物和根系之间的相互作用同样受植物种类的影响，因为不同植物其根系分泌物不同，对微生物也会产生不同的影响。反映了植物根际土壤动物-微生物-根系之间复杂的相互作用。本研究进一步明确了土壤食细菌线虫与细菌之间相互作用及其对土壤氮素矿化的影响因素，并初步探讨了食细菌线虫对植物根系生长的促进作用及其基于改变微生物群落结构促进有益微生物生长的激素机理。本研究可为今后有效开发利用土壤有益线虫资源改善土壤养分管理、提高作物生产提供理论依据和潜在的技术储备，有较重要的理论意义和一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 综述 食细菌线虫与微生物的相互作用及其对植物生长的影响
• 1.根际—土壤线虫和微生物相互作用的重要界面
• 1.1 根际的微生物
• 1.2 根际的线虫
• 2.食细菌线虫与微生物的相互作用
• 2.1 食细菌线虫对细菌数量的影响
• 2.2 食细菌线虫对细菌活性的影响
• 2.3 食细菌线虫对土壤微生物群落结构的影响
• 3.食细菌线虫与微生物相互作用对植物生长的作用
• 3.1 养分效应
• 3.2 激素效应
• 4.小结
• 参考文献
• 第二章 不同食细菌线虫取食密度下线虫对细菌数量、活性及土壤氮素矿化的影响
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 细菌和线虫的预培养
• 2.3 试验设计
• 2.4 测定方法
• 2.5 统计学检验方法
• 3.结果与分析
• 3.1 不同接种密度下食细菌线虫的数量动态变化
• 3.2 不同线虫取食密度条件下细菌数量和活性的动态变化
• 3.3 不同线虫取食密度条件下土壤矿质氮的变化
• 4.讨论
• 参考文献
• 第三章 不同含水量条件下食细菌线虫对细菌数量、活性及土壤氮素矿化的影响
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 细菌和线虫的预培养
• 2.3 试验设计
• 2.4 测定方法
• 2.5 统计学检验方法
• 3.结果与分析
• 3.1 不同含水量条件下食细菌线虫的数量动态变化
• 3.2 不同含水量条件下细菌数量和活性的动态变化
• 3.3 不同含水量条件下土壤矿质氮的变化
• 4.讨论
• 参考文献
• 第四章 土壤食细菌线虫对番茄根系生长的促进作用
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据统计
• 3.结果
• 3.1 原位富化条件下线虫数量动态变化
• 3.2 原位富化土壤中线虫的种群特征
• 3.3 原位富化土壤的养分性质
• 3.4 番茄根系生长
• 4.讨论
• 4.1 线虫富化
• 4.2 食细菌线虫对番茄根系形态的影响
• 参考文献
• 第五章 土壤食细菌线虫对植物根系生长促进作用的激素效应
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据统计
• 3.结果
• 3.1 土壤富化线虫情况
• 3.2 番茄和小麦根系生长
• 3.3 土壤激素含量变化
• 4.讨论
• 参考文献
• 第六章 土壤食细菌线虫对土壤微生物群落结构的影响
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据处理
• 3.结果与分析
• 3.1 土壤微生物群落总体活性的差异（AWCD）
• 3.2 土壤微生物群落碳源利用差异
• 4.讨论和结论
• 参考文献
• 全文结论
• 致谢
• 附:在学期间发表论文