大豆结瘤和不结瘤侧根根际微生物群落和功能研究
根瘤菌与豆科植物的共生固氮是最有效的固氮体系，对于维持自然界氮素循环具有重要意义。但由于共生固氮是高耗能的酶催化过程，因此植物不会无限制的结瘤，仅有部分侧根可以形成根瘤，以平衡共生固氮和其他生命过程的碳消耗，进而保证豆科植物的正常生长。以往相关研究集中关注于豆科植物结瘤固氮的分子机制，对豆科植物不同侧根的根际微生物群落涉及较少。本研究采用高通量测序、功能基因芯片分析，首先比较了大田实验中大豆有瘤和无瘤侧根根际微生物群落的差异，并通过预先构建大豆-根瘤菌共生固氮体系，随后移植到原土壤中，探究有瘤和无瘤侧根根际微生物群落的差异是否由于根瘤的形成导致。最后进一步探究有瘤和无瘤侧根根际微生物功能特性随时间的动态变化过程。主要结果如下： （1）通过比较同株大豆有瘤和无瘤侧根根际微生物群落结构，发现有瘤侧根根际细菌和真菌群落Shannon多样性指数更低。此外有瘤侧根根际群落构建受确定性过程影响更大，根际微生物网络复杂性和稳定性更高；而无瘤侧根根际群落构建受中性过程影响更大。最后明确了五个重要模块，并定位到一个关键模块Module#1，发现该模块的相对丰度与多个功能基因丰度显著正相关，阐明了该模块具有多种促进养分循环的土壤功能潜力。 （2）通过构建大豆-根瘤菌共生固氮体系，表明后期有瘤和无瘤侧根招募的根际微生物群落差异与前期结瘤共生体系的形成有关。有瘤组侧根根际细菌群落构建受确定性过程影响更大，网络复杂性更高；无瘤组侧根根际真菌群落受确定性过程影响更大，网络复杂性更高。 （3）室内种植大豆，收集苗期、开花期和成熟期有瘤和无瘤侧根根际土样品，群落分析发现有瘤与无瘤侧根根际细菌群落的Shannon多样性均呈先上升后下降的趋势，且在开花期有瘤和无瘤侧根根际细菌群落的Shannon多样性差异最大。随植物的生长发育，有瘤侧根根际群落间差异逐渐降低，群落趋于稳定；而无瘤侧根根际群落受随机性过程的影响逐渐降低。 综上所述，大豆有瘤和无瘤侧根根际微生物群落具有较大差异，有瘤侧根根际细菌群落α多样性更低，根际网络复杂性更高,以及群落构建受确定性过程影响更大。此外造成有瘤和无瘤侧根根际微生物群落的差异与结瘤共生体系的形成有关。同时随着植物的生长发育，根际微生物网络趋于稳定。
豆科植物;有瘤侧根;无瘤侧根;根际微生物;群落差异;共发生网络
西北农林科技大学
硕士
微生物学
焦硕
2023
中文
Q949.751.9
2023-12-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）