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长期施肥对黑土大豆根瘤菌群体结构和多样性的影响
生物多样性
2015, 23 (1):
68-78.
DOI: 10.17520/biods.2014148
为揭示长期施肥对黑土大豆根瘤菌群体结构和多样性的影响, 采用BOX-PCR、IGS-PCR-RFLP和16S rDNA基因序列分析法, 对分离自黑龙江省7种长期不同施肥处理的254株大豆根瘤菌进行了遗传多样性和系统发育分析, 结合土壤理化性质分析了大豆根瘤菌群体结构和多样性与土壤因子间的关系。7种处理分别为不施肥(CK)、有机肥(OM)、单施氮肥(N1)、单施2倍氮肥(N2)、氮肥+有机肥(N1+OM)、氮肥磷肥混施(N1P1)和2倍氮肥磷肥混施(N2P2)。系统发育分析结果表明, 所有供试菌株均为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium), 其中大部分菌株与日本慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)相似性最高, 少部分菌株与辽宁慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium liaoningense)相似性最高。BOX-PCR聚类分析结果表明, 供试菌株在70%相似性水平上分为15个群, 在与施肥处理相关性分析中分为3个群体, 分别对应于不施化肥处理(CK和OM)、化学氮肥处理(N1、N2、N1+OM)、氮肥磷肥处理(N1P1和N2P2)。典范对应分析结果表明, 土壤pH、速效氮和速效磷与根瘤菌群体结构相关性极显著(P=0.002, 0.004, 0.002)。不同施肥措施下大豆根瘤菌的多样性有明显差异: N2P2处理的丰富度指数和Shannon-Wiener指数显著高于其他处理; OM处理的Simpson指数最高; N1和N2处理的3种多样性指数都显著低于其他处理。通径分析结果表明, pH、速效磷对多样性指数有较高的直接正效应; 速效氮通过pH的间接负效应影响多样性指数。本研究表明, 长期施用化肥改变了根瘤菌群体结构, 单施氮肥减少大豆根瘤菌多样性, 而氮肥磷肥混施则有助于提高大豆根瘤菌多样性。 ![]() View image in article
图1
BOX-PCR图谱聚类分析树状图。括号内的处理编号代表菌株分离地点, 括号内的数字代表具有相同BOX-PCR图谱的菌株数量。
正文中引用本图/表的段落
供试的254株大豆根瘤菌株的BOX-PCR电泳图谱显示条带数量在14-18个之间, 条带大小约为0.2-4.0 kb。将同一处理相同的图谱类型合并, 共有39个图谱类型, 每个图谱类型选取1个菌株进行聚类分析, 聚类结果、菌株分离地点及每个图谱类型菌株数量见图1。供试菌株在54.87%的相似性水平上与B. japonium USDA6T、B. diazoefficiens USDA 110T和B. liaoningense USDA3622T聚在一起。依据BOX-PCR在相似性70%即可独立成群的原则(Kaschuk et al., 2006; Grossman et al., 2011), 供试菌株在70%的相似性水平上被分为15个群, 按从上往下的顺序依次编号为1-15(图1)。
我国根瘤菌的分布存在着明显的地域特征, 不仅表现在属种的分布上(陈文新等, 2004), 而且受环境的影响, 同一个种的不同基因型群体也表现出地区分布的差异性(张美玲等, 2008)。本研究中, 大豆根瘤菌的群体结构与施用肥料的类型具有一定程度的关联。其中CK处理与OM处理具有相似的群体结构, 而与化肥处理的根瘤菌群体结构有很大差异, 这说明化肥处理对大豆根瘤菌群体结构的影响大于有机肥处理, 此研究结果与刘朴方等(2012)一致。CCA分析结果显示, 根瘤菌群体结构变化与土壤pH、速效氮含量和速效磷含量显著相关(P<0.05), 与有机质含量不显著相关, 进一步表明了施用化肥对根瘤菌群体结构产生了重要影响。当土壤肥力发生显著变化时, 土壤中的细菌为适应环境会做出相应的反馈(Smit et al., 2001; Buckley et al., 2003), 导致对生境变化较敏感的基因型群体结构发生了显著变化, 其中一部分群体受激发效应, 群体丰度上升, 而另一部分群体丰度下降甚至消失(Michie et al. , 2006)。本研究中在各化肥处理相对应的根瘤菌群体中没有一株菌来自CK和OM处理(图1), 印证了上述研究的结论。
本文的其它图/表
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