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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
关大伟, 李力, 姜昕, 马鸣超, 曹凤明, 周宝库, 李俊
生物多样性    2015, 23 (1): 68-78.   DOI: 10.17520/biods.2014148
摘要   (2295 HTML17 PDF(pc) (3276KB)(7197)  

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。



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图4 大豆根瘤菌的BOX-PCR群与施肥处理进行相关性分析。图中?代表处理; ρ代表BOX-PCR群。
正文中引用本图/表的段落
BOX-PCR图谱具有菌株特异性, 适合于种及种以下水平上的遗传多样性研究(张红侠等, 2010), 因此本研究对BOX-PCR分群结果与施肥处理进行了相关性分析。结果(图4)显示, 根据施肥处理和BOX-PCR群之间的距离, 形成了明显的3个大群: 2个不施化肥处理(CK和OM)、3个施化学氮肥处理(N1、N2、N1+OM)、2个氮肥磷肥混施处理(N1P1和N2P2)分别聚在一起, 形成3种施肥类型。从图4可知, BOX-PCR群中, 群4、5、6、7形成一个群体, 与不施化肥处理相对应; 群2、3、8、11、14、15形成一个群体, 与施化学氮肥处理相对应; 群1、9、10、12、13形成一个群体, 与化学氮肥磷肥混施处理相对应。施肥处理和BOX-PCR群之间的相关性为0.346(P>0.05), 虽然两者没有达到显著相关, 但从以上结果可以看出: 同一种施肥类型的土壤根瘤菌具有相似的群体结构, 不同施肥类型的土壤根瘤菌群体结构之间差异较大; 同不施肥对照相比, 化肥对土壤中根瘤菌的群体结构影响较强, 而有机肥对土壤根瘤菌的群体结构影响轻微。
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