基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

黑土区紫花苜蓿根瘤菌特性研究与促生能力分析

本文通过采集东北黑土地区2龄紫花苜蓿(Medicago)根瘤菌菌株,经过根瘤菌的耐盐、耐碱、耐酸、溶磷能力、生长素分泌能力、代时、固氮酶活性等生物学特性测试;并进行回接试验,测定供试菌株促生植株的根瘤数、根瘤重、生物量及全氮量,旨在阐明黑土区苜蓿根瘤菌特性与促生植株地上生物量及其全氮的关系。结果表明:菌株促生植株的全氮量与根瘤菌泌酸能力、代时、促生植株根瘤数显著相关(P≤0.05);菌株促生植株地上生物量与菌株溶磷能力、泌酸能力、促生植株根瘤重呈极显著相关(P≤0.01)。通过通径分和回归分析建立了苜蓿根瘤菌株促生植株地上生物量及其全氮量的最优多元线性回归方程,该方程可为优异菌株筛选及其促生能力判断提供科学依据。     

不同利用方式对东北羊草草地土壤微生物数量的影响

不同利用方式下(刈割和放牧),比较了羊草(Leymus chinensis)草地土壤微生物多样性(真菌、细菌和放线菌)及群落结构的数量变化。结果表明:土壤微生物的数量在不同利用方式下表现为:刈割草地>放牧草地,在不同植物群落中表现为:羊草群落>杂类草群落>碱茅(Puccinellia distans)群落。无论在刈割还是放牧区,真菌的分布为:羊草群落>杂类草群落>碱茅群落;细菌的分布为:杂类草群落>羊草群落>碱茅群落;放线菌为:羊草群落>杂类草群落>碱茅群落。土壤微生物随土层垂直递减分布,在土层0~15 cm土壤微生物分布最多。3类微生物中,细菌数量最大, 放线菌次之, 真菌最小。相关性分析表明,只在刈割方式下羊草群落(sp1)和碱茅群落(sp2)土壤的微生物数量与地上生物量显著相关(P<0.05),其余相关性均不显著。     

不同用量保水剂对紫花苜蓿比叶面积和光合特征的影响

为保持与高效利用绥化地区有效降水而达到人工苜蓿草地稳产增产的目的,以保水剂不同用量（0、15、30kg.hm-2）研究其用量对紫花苜蓿比叶面积和光合特征的生理响应。结果表明：施用保水剂对紫花苜蓿比叶面积无显著影响,对叶绿素含量和光合特征有显著影响。保水剂施用量为15kg.hm-2时,保水剂能显著提高紫花苜蓿叶片的pn、gs、Tr和WUE,而保水剂施用量为30kg.hm-2时,保水剂显著降低了pn、gs和Tr,但没有影响WUE。紫花苜蓿pn与gs、pn与Tr的相关性以施用量30kg.hm-2处理最强,依次是15kg.hm-2和CK。pn与WUE以施用量15kg.hm-2处理最强,依次是CK和30kg.hm-2处理。因此,加强保水剂在苜蓿产业化生产中的应用性仍需研究。     

苜蓿根系形态结构的分形分析

根系形态结构是影响植物生长的重要因素。应用分形理论推导出根系长度与粗度（直径）的分形维数的计算方程,初步研究了苜蓿（Medicago sativa L.）根系形态特征。结果表明：推导出的分形维数计算公式可以应用于苜蓿根系结构的研究,并且分形维数的大小能够表征苜蓿根系形态结构特性。     

高寒地区红豆草根瘤菌抗逆性研究

从甘南合作、甘南夏河桑科的红豆草(Onobrychis vicilfolia)根系中分离培养得到28个根瘤菌菌株,针对各菌株的耐盐性、耐酸碱及其泌酸碱能力进行研究,结果表明:采集于桑科的红豆草根瘤编号STD111ⅠA、STD26ⅠB、STD411ⅠB、STF11ⅡA的菌株耐盐性极强,在10%NaCl培养基上正常生长;采集于合作的红豆草根瘤菌株HND26ⅠA、HND26ⅠB、HND26Ⅱ和桑科红豆草根瘤菌株STD111ⅠA、STD26ⅠB、STD411ⅠA、STD411ⅡA耐酸性最强,能在pH4.0的培养基上正常生长;耐碱性最强的是夏河地区菌株STF11ⅢA,可以在pH12.0的培养基上正常生长.进一步试验表明,菌株HND26ⅠA、HND26ⅠB、HND26Ⅱ、STD111ⅠA和STD26ⅠB既能抗pH 4.0的酸逆境,又能抗pH11.0的碱逆境.同时研究发现,菌株耐碱性的强弱与其泌酸能力相关.     

不同苜蓿品种根系形态结构的抗旱性分析

选择了12项根系早性形态结构指标对20种不同品种苜蓿（Medicago sativa L．）于开花期,应用方差分析,变异系数和变量聚类等方法研究了苜蓿早性根系形态指标参数,筛选出了3项反映苜蓿基于根系形态结构的抗旱能力上最具代表性的指标为根夹角、根干重、根颈新枝高度,并应用隶属函数值法对供试苜蓿品种的抗旱性大小进行了排序。     

10个紫花苜蓿品种根系形态特征的研究

对国内外10个紫花苜蓿（Medicago sativa）品种在黄土高原半干旱区根系的发育能力进行了研究,结果表明,杜普梯表现为主根最长,德福表现为主根直径最大,牧歌表现为最粗侧根直径、根干重最大,Spred表现为侧根数最多,巨人表现为根体积最大,且单项指标值最大品种与其他品种差异显著（P〈0．05）。根据根系形态特征的7个指标对10个紫花苜蓿品种进行聚类分析,可分为3类,巨人、阿尔刚金、陇东表现出在黄土高原半干旱区具有较强的根系发育能力。