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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3
代表菌株与参比菌株16S rDNA序列的Neighbor-joining聚类图。图中分支上的数字表示可信度, 括号内为GenBank登录号, 0.01表示遗传距离。
正文中引用本图/表的段落
根据IGS PCR-RFLP的聚类分析结果, 选用IGS各亚群代表菌株8株进行16S rDNA序列测定和构建系统发育树。从图3可知, 菌株5779、5798、5782 和5810与模式菌株B. japonicum CCBAU83623聚在一起; 菌株5801和5812与模式菌株B. japonicum USDA6T聚在一起; 菌株5777和5807与模式菌株B. liaoningense USDA3622T聚在一起; 所有菌株均与模式菌株B. elkanii USDA76T、B. yuanmingense CCBAU10071T 、S. fredii USDA205T分开。以上结果表明供试菌株均为慢生根瘤菌属(Bradyrhiz- obium), 其中大部分菌株与B. japonicum亲缘关系最近, 部分菌株与B. liaoningense亲缘关系最近。
运用群落生态学方法, 根据BOX-PCR 100%相似性水平上的图谱类型总数, 计算了各处理大豆根瘤菌的丰富度指数、Simpson指数和Shannon-Wiener指数(表3)。结果显示: 在各处理中, 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种指数都显著低于其他处理, 并且N2处理低于N1处理。以上结果说明长期单施氮肥对大豆根瘤菌的多样性有抑制作用, 氮肥用量越多, 抑制作用越强, 而氮肥与磷肥、有机肥配施可以缓解氮肥对根瘤菌多样性的抑制。
本文的其它图/表
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