大豆种植系统中氮素管理策略对土壤微生物群落的影响机制

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mawenbo111
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
土壤微生物多样性的维持对农业的可持续发展至关重要。不同的大豆种植模式和施肥方式均会改变土壤氮素水平。然而,氮素管理策略对土壤微生物群落结构和氮循环功能的影响机制尚不明确。本研究以主要的经济作物和绿肥作物大豆为重点,在中国的三个典型大豆种植区采集了不同种植模式下的土壤样本。并使用长期添加有机肥和无机肥的农田土进行了大豆的温室栽培实验,且在大豆生长的五个时期分别收集了大豆根际和非根际的土壤样本。通过对微生物群落、土壤性质和氮循环功能的分析,我们探索了土壤细菌、真菌和古菌群落的功能特性和生活史策略对不同大豆种植模式的响应;探究了细菌和真菌群落如何响应长期施肥所引起的土壤性质的变化及其对土壤中主要氮循环过程的贡献;预测了大豆生长过程中影响细菌群落动态变化和功能的关键的细菌门间相互作用;分析了大豆生长过程中阶段性缺失真菌类群的装配过程及其对土壤真菌群落稳定性的影响。分析得到的结果如下:1.大豆和玉米间作增加了土壤碳氮库,大豆与禾本科作物轮作减少了土壤碳库。通过分析关键物种和指示物种之间的共有物种(关键指示种)的组成和潜在功能特性,我们在分类学水平和功能水平上观测到了种植模式对微生物群落的选择效应。与轮作相比,间作具有更多的细菌关键指示种和更少的真菌关键指示种,细菌和真菌的关键指示种在这两种系统中展现出特殊的底物偏好。此外,土壤中的活性有机碳对细菌和古菌的核心功能特性产生了相反的影响,但对真菌的核心功能特性影响较弱。土壤性质与微生物功能特性之间的生态关联表明,细菌和古菌的生活史策略与资源获取有关,而真菌则采取高产策略。2.高水平的有机氮肥处理显著提高了细菌群落的alpha多样性,但真菌群落的alpha多样性对施肥处理的响应较弱且不一致。正在腐解的小麦根际中细菌群落的alpha多样性显著高于非根际土壤中细菌的alpha多样性,真菌群落的alpha多样性指数中仅丰富度显著高于非根际土壤中的真菌丰富度。不同水平的有机氮肥处理能显著提高非根际土壤中的养分含量。但无机氮肥被植物高效利用后,对非根际土壤养分含量的提高作用较弱。因而不同水平无机氮肥处理下,根际土壤中微生物群落的beta多样性大于非根际土壤。然而不同水平有机氮肥处理下,非根际土壤中真菌群落的beta多样性大于根际土壤。此外,随机森林分析的结果显示,土壤性质显著贡献于非根际土壤中的硝化潜势、反硝化潜势和潜在N2O排放。非根际土壤中真菌的beta多样性显著贡献于潜在N2O排放。相关性分析表明,非根际土壤中细菌的beta多样性与硝化潜势呈负相关。3.相比于施肥处理,大豆的生长更加强烈地影响土壤细菌的群落结构。但施肥处理显著影响氮功能基因的丰度。非根际土壤中的细菌群落在大豆分枝期表现出强烈的丰度变异,这种丰度的波动可以帮助预测微生物间潜在的负向相互作用。属于蓝藻细菌门(Cyanobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的细菌分别在非根际土壤和大豆根际土壤中积极参与细菌门间的负向相互作用。此外在大豆生长过程中,土壤中固氮功能群之间的负相互作用和固氮基因丰度的降低有一定的相关性,这能帮助解释群落动态变化与其功能之间的关系。4.alpha多样性分析的结果表明,在大豆生育期转变的过程中,根际土壤中真菌群落的种群数量大幅减少。大部分阶段性缺失的真菌属于子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。且Ascomycota中的一些植物病原真菌也在大豆根际表现出阶段性缺失。未发生阶段性缺失的其余亚群落的装配以及整个群落的装配在一定程度上符合中性模型。它们的装配过程在两个采样部位均主要受到扩散限制的影响,其次分别在非根际土壤和根际土壤中受多变选择和生态漂变调控。阶段性缺失的亚群落是非中性的群落,但主要受漂变影响。此外,阶段性缺失的类群和真菌网络中高度联系的类群都能提高真菌群落的稳定性。本研究的结果强调,不同的大豆种植模式和施肥处理均通过改变土壤性质影响土壤微生物群落的结构和功能。细菌和真菌群落间不同的生活史策略和群落内部的相互作用,可能影响了其对环境变化的响应及其对氮循环功能的贡献。此外,本研究对真菌群落中不同亚群落装配过程的揭示为宏群落稳定性的维持机制提供了新的见解。
其他文献
多倍体引起基因组结构变异和遗传多样性,遗传变异的增加可能显著影响新形成的同源多倍体的形态和生理。多倍体在多个物种中抵抗干旱胁迫的分子机制已有报道,然而,在木本植物的此类研究相对较少。与二倍体植物相比,多倍体通常被认为对更广泛的生态环境具有更高的耐受性。然而多倍体增加干旱胁迫耐受性的生理变化的分子机制仍然知之甚少。本研究中,为了避免嫁接植株的影响,我们采用无性繁殖遗传背景诱导的根系植株为试验材料。我
卵母细胞在减数分裂过程中需要不断积累所需营养物质为成熟及胚胎发育作准备。雌激素作为一种重要的生殖激素,在卵母细胞成熟发育过程中起到不可替代的作用。已有证据表明,自噬(Autophagy)作为一种细胞生存机制,在体细胞及颗粒细胞的氧化应激、细胞凋亡及衰老等方面具有重要作用,而有关自噬与卵母细胞发育的研究较少,在此过程中雌激素与自噬之间的联系更是不明确。基于此,本研究利用小分子抑制剂、免疫组织化学、细
随着纳米材料在工、农、医等领域的广泛应用,其必然会通过各种途径进入环境,并进一步通过食物链在高营养水平生物中积累。许多学者发现纳米颗粒能通过增强植物氮代谢、光合作用能力,以及提高肥料养分吸收利用率等途径来达到改善作物生长,提高产量的目的。同时,当纳米粒子大量存在植物体内时,纳米材料对植物也具有毒性效应,影响植物幼苗的萌发,根系、叶片的生长以及作物的生物产量。近些年,日益严重的土地盐碱化对农场品生产
学位
RNA解旋酶是一类依赖ATP水解进而打开双链RNA或重构RNA二级结构及核糖核蛋白复合物(RNPs)的马达蛋白,参与了几乎所有RNA的代谢过程。根据结构和序列的相似性,隶属于超家族2的RNA解旋酶被划分为五个家族,它们分别是DEAD-box、DEAH/RHA、NS3/NPH-Ⅱ、Ski2-like和RIG-I-like,其中DEAH/RHA是RNA解旋酶中除DEAD-box外最大的一个家族。DEA
冬小麦/夏玉米轮作高度集约化种植体系对保障我国粮食安全有着举足轻重的作用。水资源短缺和粗放的水肥管理不仅造成了粮食产量低而不稳,而且降低了水肥资源的利用效率,导致了一系列的环境问题,严重制约了冬小麦/夏玉米轮作体系的可持续发展。针对这些问题,于2018—2020年在关中平原开展了滴灌水肥一体化冬小麦/夏玉米轮作田间试验,试验为3个灌水水平和4个氮肥用量的完全组合设计。其中灌水水平包括:充分灌溉(F
学位
学位
学位
脂质是鱼类生长发育过程中重要的营养物质之一,也是鱼类获取能量和必需脂肪酸的主要来源。然而,高脂饲喂会导致过量的脂肪酸被转换成甘油三酯并以脂滴的形式储存在非脂肪组织中,如肝脏、肌肉和肾脏,最终导致营养代谢性疾病。鱼类的肾脏相当于哺乳动物的骨髓,是重要的免疫器官。因此,研究不同类型脂肪酸在肾脏细胞的脂质代谢平衡的改变,进而对机体代谢性疾病的发生发展具有重要意义。含水解酶域蛋白5(α/βhydrolas