丛枝菌根真菌的资源和竞争侵染及土壤微生物的量热研究

论文摘要

丛枝菌根存在于80％以上的维管植物中，为真菌与植物的严格共生体，具有促进磷等营养元素吸收、抗逆抗病和维护植物群落稳定性等重要作用。本论文主要以丛枝菌根真菌（AMF）为研究对象，对湖北等地区的AM真菌菌株资源进行收集、筛选及田间应用试验；运用nested-PCR技术和AM真菌特异性引物，进行了多种AM真菌在植物根部竞争性侵染的研究；运用量热技术探讨了生产活动对土壤微生物活动的影响。为深入研究或开发AM真菌生物资源，追踪土壤微生物的动态活动，发展可持续农业管理模式提供了有用的科学依据。论文在以下几个方面开展工作并取得相应研究结果。以玉米和紫云英为宿主植物，对来自于湖北农业耕作土壤地区的80多份土样中的AM真菌进行分离，获得完全纯化的AM真菌菌株25株，其中绝大部分为为Glomus属成员。基于孢子形态学和PCR分子鉴定手段的检测，15株纯化的AM真菌鉴定为我国新记录种，17株被国际丛枝菌根真菌保藏中心（IBG）收藏。通过盆栽试验筛选具有显著促长作用的菌株HAU-01（G. constrictum Trappe）和HAU-E4（G. etunicatum Becker & Gerdemann）进行田间试验，并将AM真菌的预接种技术和农业生产上的营养钵育苗技术相结合，对玉米籽粒产量和籽粒淀粉的含量有显著增加效果。其中HAU-01促进玉米籽粒产量增加10.84％，籽粒淀粉含量增加4.23％；HAU-E4促进玉米籽粒产量增加5.06％，籽粒淀粉含量增加3.54％。运用nested-PCR技术和AM真菌特异性引物，建立了用新鲜植物根段直接检测AM真菌的分子生物学方法。追踪了多种AM真菌的竞争侵染动态及相互关系，解决了单纯的形态学研究难以解决的难题。对混合接种AM真菌的根样进行DNA的粗提，以真核生物通用引物进行第1次扩增，再分别以不同真菌的种特异性引物进行第2次扩增。结果显示：（1）G. intraradices和G. mosseae双接种时，前者的侵染率明显高于后者，在新的侵染区域差异更明显。（2）混合接种时，3种真菌可在1cm长的根段中同时侵染。（3）混合接种时，3种真菌的侵染率随取样时间的改变而发生变化，G. intraradices和G. mosseae存在着明显的竞争关系，而A.laevis与其它真菌的相互作用不明显。三者发挥菌根效应的时期各有特点，G. intraradices持续时间长，G. mosseae次之，A. laevis最晚。此外，运用特异性分子探针和nested-PCR技术，从田间接种AM真菌G.intraradices和G.mosseae的玉米根样中成功检测到特定的接种AM真菌。该工作从分子水平为评价高效AM真菌的应用潜力，研究AM真菌之间及其与其它微生物之间的相互关系奠定了基础。采用量热技术对武汉地区几种农业用地的土壤微生物的代谢活动进行了研究。结果表明，（1）所有土样的热输出曲线均表现为典型的生长曲线，明显区分为森林和农田来源的两大类群；（2）绝大多数土样中微生物的生长速率与细菌数量呈高度正相关（r=0.85，p＜0.05）；（3）土样F1中的微生物表现出最高热发散值，是微生物生长的胁迫环境，也表明植被是影响土壤微生物活性的重要因素；（4）热输出总量和植被的丰度相一致，可能与微生物的多样性有关。上述研究证明，土壤中微生物的代谢活动受人类生产活动的影响很大，量热技术可以灵敏、快速、定量地进行检测，为人类合理可持续开发利用农业用地提供了科学依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 第一章 文献综述
• I. 丛枝菌根
• 1.1 丛枝菌根的形态及其功能
• 1.1.1 丛枝菌根真菌的生长发育
• 1.1.2 根外菌丝
• 1.1.3 丛枝
• 1.1.4 泡囊或辅助细胞
• 1.1.5 孢子与孢子果
• 1.2 丛枝菌根真菌的分类与资源分布
• 1.2.1 丛枝菌根真菌的常用分类系统
• 1.2.2 丛枝菌根真菌在植物中的分布
• 1.2.3 丛枝菌根真菌的资源及其地理分布
• 1.2.4 丛枝菌根真菌资源的收集与保藏
• 1.3 丛枝菌根真菌在自然界中的作用
• 1.3.1 改善植物营养状况，促进植物生长
• 1.3.2 提高植物的抗逆性，加快矿区等废弃地的植被恢复速度
• 1.3.3 增强植物的抗病性
• 1.3.4 改善土壤团粒结构
• 1.3.5 丛枝菌根真菌与植物进化
• 1.3.6 丛枝菌根真菌与植物多样性和生态系统稳定性
• 1.4 丛枝菌根常规研究的方法学
• 1.4.1 常规染色方法及其意义
• 1.4.2 丛枝菌根真菌的分离与纯化
• 1.4.3 丛枝菌根真菌的扩大繁殖
• 1.4.4 大规模丛枝菌根真菌接种剂的生产
• 1.4.5 接种剂有效性的检测
• 1.5 丛枝菌根的分子生物学研究
• 1.5.1 AM真菌的遗传多样性与分子进化研究
• 1.5.2 AM真菌的分子生态学
• 1.5.3 AM真菌基因文库的构建及其应用
• 1.5.4 丛枝菌根相关基因的克隆与研究
• 1.6 丛枝菌根的应用研究
• II. 量热技术与土壤微生物代谢活动的研究
• 1.7 量热技术简介
• 1.8 量热技术应用于土壤微生物的研究
• 1.9 本研究的目的和意义
• 第二章 AM真菌资源的收集和保藏
• 前言
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 土样的采集
• 2.2.2 分离纯化的丛枝菌根真菌菌株
• 2.2.3 鉴定并在IBG注册的丛枝菌根真菌菌株
• 2.2.4 玻璃珠分室培养系统分离纯化真菌结果
• 2.3 讨论
• 2.3.1 玻璃珠分室培养系统在分离纯化中的作用
• 2.3.2 湖北地区丛枝菌根真菌种类
• 2.4 小结
• 第三章 AM真菌接种剂的生产与田间效应及其分子检测
• 前言
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 接种剂的生产
• 3.1.3 接种剂的质量测试
• 3.1.4 田间试验
• 3.1.5 根样的曲利苯蓝染色
• 3.1.6 以nested-PCR技术探测植物根内的AM真菌
• 3.1.7 统计分析软件
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 四种AM真菌接种剂的质量
• 3.2.2 田间玉米根样的AM真菌感染率
• 3.2.3 玉米的籽粒产量、淀粉含量和磷含量
• 3.2.4 nested-PCR技术对田间玉米根样中AM真菌的特异性检测
• 3.3 讨论
• 3.3.1 菌根效应与AM真菌感染率
• 3.3.2 不同生态条件下的AM真菌的分子检测
• 3.4 小结
• 第四章 多种 AM真菌的竞争性侵染研究
• 前言
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 试验材料:植物与AM真菌
• 4.1.2 盆栽种植实验方案设计
• 4.1.3 紫云英地上部分全磷量的测定-钼锑抗比色法
• 4.1.4 根样侵染 AM真菌的计算方法
• 4.1.5 以nested-PCR技术探测植物根内的AM真菌
• 4.1.6 统计分析软件
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 三种AM真菌接种剂的质量检测
• 4.2.2 混合接种植物根系内的AM真菌形态结构
• 4.2.3 三种AM真菌分子引物的验证
• 4.2.4 AM真菌在植物根系的竞争侵染
• 4.2.5 丛枝菌根真菌对紫云英生长的作用
• 4.2.6 曲利苯蓝染色法检测的各处理的根段侵染率
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 以量热法检测生产活动对土壤微生物生长代谢的影响
• 前言
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 土样采集区地理、植被与气候特征
• 5.1.2 土样理化性质的测定
• 5.1.3 土样中微生物的活菌计数
• 5.1.4 土壤微生物生长代谢的量热测定
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 土样的主要理化性质
• 5.2.2 土样中微生物数量与生产活动的关系
• 5.2.3 微热测定参数的确定
• 5.2.4 量热测定法测定的土样中微生物生长代谢情况
• 5.3 讨论
• 5.3.1 土壤有机质、微生物数量及代谢活动之间的各种关系
• total的关系'>5.3.2 微生物多样性与Q_total的关系
• 5.4 小结
• 5.5 展望
• 参考文献
• 发表和已接受的论文目录
• 致谢