高效固氮菌选育与土壤培肥研究

论文摘要

现代农业的显著性标志之一是人为地给土壤施加了许多技术措施,尤其是投入大量的化肥、农药等化学物质,改善生产条件,达到获得粮食丰产的目的。然而,由于对土地过度使用、连年地给土壤投入与使用大量化学物质、放弃了使用有机肥料等,土壤质量正在逐渐失去生物化,进而转为化学化,使土壤物理质量、生物学质量发生了显著地变化,影响作物产量和品质,严重地制约着农业生产的可持续发展。为此,研究现代生产水平条件下,人为活动对土壤质量的影响,寻求恢复和提高土壤质量的科学研究已经成为土壤学工作者重要任务之一。目前,国内外关于土壤质量恢复的理论基础与技术措施研究工作非常丰富,其中以恢复土壤生物质量为主要目标的研究已是土壤学、恢复生态学的重要内容和任务。立足于学科发展动态,结合生产实际,研究出恢复土壤生物质量的技术显得格外迫切。本研究从70个不同生态环境发育的、不同利用类型的和不同管理水平的土壤中筛选和分离具有固氮作用的微生物菌种,企图经过培养扩繁,应用于农田土壤,提升土壤供氮能力、促进植物健康生长,逐步减少对化学氮肥的利用。研究工作取得了如下成果:1.从70个供试的土壤中初步筛选与分离出38株固氮菌。首先利用选择性无氮培养基进行初筛,得到了38株菌落形态不同的菌株;然后先用乙炔还原法测定了这些菌的固氮酶活性,结果表明有35株能测得固氮酶活性,其中1株固氮酶活性显著高于参比圆褐固氮菌酶活性,编号GD66-2;再将筛选得到的38株固氮菌接种盆栽油菜试验中,发现其中一株菌表现较高增产效果,编号GD92-3。其次,可以看出从70个供试土壤中筛选出38株固氮菌,来自18个土样,分离出菌株土壤才占到供试土壤总数的1/4,说明现代农田由于长期大量使用无机氮肥,不利于土壤自身固氮菌的滋生,土壤生物系统受到了极大破坏,使得作物生长不得不依赖于使用大量的化肥补充营养,增加了农业成本,增加了环境风险。恢复农田生物系统,培养自身营养功能显得极为迫切。2.对获得具有固氮酶活性和增产效果明显的菌株进行了分类学鉴定,初步确定了它们的分类学地位。对获到的1株具有高固氮酶活性菌株和1株具有较高增产效果菌株,进行形态特征、生理生化特征鉴定,用16S rDNA序列分析等技术手段,鉴定为固氮菌GD66-2属于类芽孢杆菌属（Paenibacillus sp.）,而GD92-3属于根瘤菌属（Rhizobium）。3.将所获菌株接种到土壤培肥试验中,进一步鉴定其生物效应和在土壤中对于物质转化方面的作用效果。将处理过的生活污泥作为有机底肥施入土壤,接入GD66-2,GD92-3菌液,以小白菜作为指示作物,研究这两株菌的作用效果, GD66-2显著提高了小白菜鲜重,GD66-2,GD92-3处理小白菜全磷含量达到使用化肥处理的水平,总Vc含量显著高于化肥处理;土壤基质的质量指标变化也很明显,GD66-2降低了表层土壤的pH,土壤容重,提高了土壤孔隙度和土壤养分含量。改善了土壤生物质量,小白菜根际微生物数量得到了改善,土壤酶活性变化明显。GD66-2处理显著增加了土壤细菌、固氮菌、纤维素降解菌数量,GD92-3处理显著增加放线菌数量;GD66-2处理土壤酶活性没有显著提高,GD92-3处理显著降低了土壤木聚糖酶和果胶酶活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 选题依据
• 1.2.1 农业生产中化肥大量使用和不合理施用
• 1.2.2 农业土壤的肥力退化为我们提出了研究的内容
• 1.2.3 能源资源的短缺，使氮素化肥生产成本有所上升
• 1.3 固氮菌在农业方面的应用及现状
• 第二章 高效固氮菌分离筛选、纯化及固氮酶活性测定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 土壤样品采集、处理、保存
• 2.1.3 基础培养基
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 菌种分离
• 2.2.2 菌种保存
• 2.2.3 菌种形态观察
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 固氮菌的筛选
• 2.3.2 菌株固氮酶活性的测定
• 2.4 结果与分析
• 第三章 固氮菌在油菜盆栽试验中的接种效应
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试菌株
• 3.1.2 育苗
• 3.1.3 菌株培养
• 3.2 试验设计与方法
• 3.2.1 供试土壤
• 3.2.2 试验设计与方法
• 3.2.3 油菜种植
• 3.2.4 测定项目及方法
• 3.3 测定项目及方法
• 3.3.1 植株生长情况观测比较
• 3.3.2 植株产量测定
• 3.4 结果与讨论
• 第四章 高效固氮菌鉴定
• 4.1 12 株固氮菌菌株的形态特征描述
• 4.2 菌株的生理生化测定
• 4.2.1 生理生化测定
• 4.3 16S RDNA 序列分析鉴定.
• 4.3.1 菌落PCR 模板的制备
• 4.3.2 引物
• 4.3.3 PCR 扩增反应体系
• 4.3.4 PCR 反应条件
• 4.3.5 琼脂糖凝胶电泳检测
• 4.3.6 DNA 序列测定和分析
• 4.4 固氮菌株鉴定结果
• 第五章 选育的固氮菌结合有机肥培肥实验
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.2 试验设计与方法
• 5.3 测定项目及方法
• 5.3.1 植株生长情况观测比较
• 5.3.2 植株产量测定
• 5.3.3 植株总含氮量检测
• 5.3.4 植株总含磷量检测
• 5.3.5 植株总Vc 含量检测
• 5.3.6 根际土壤理化性质检测
• 5.3.7 根际土壤微生物区系变化
• 5.3.8 根际土壤酶活性变化
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 植株生长情况观测
• 5.4.2 施用固氮菌液对植株鲜重影响
• 5.4.3 施用固氮菌液对植株总氮，总磷，总Vc 含量影响
• 5.4.4 施用固氮菌液对土壤容重，孔隙度及pH 影响
• 5.4.5 施用固氮菌液对根际有机质，土壤全氮全磷，碱解氮，有效磷含量影响
• 5.4.6 施用固氮菌液对根际微生物影响
• 5.4.7 施用固氮菌液对土壤酶活性影响
• 5.5 结论与讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介