植物促生菌在土壤中的时空分布特性及其形成机制

Due to the pollution of chemical fertilizer and the lack of mineral resources, microbial fertilizer which consists mainly of plant growth promoting bacteria has become an important way to realize agricultural sustainable development. However, the instability of microbial fertilizer caused by poor colonization of plant growth promoting bacteria, has gradually become the key problems restricting the development of the industry. The colonization and distribution mechanism of plant growth promoting bacteria in soil is not clear. This program intends to study the temporal and spatial distribution of Gluconacetobacter liquefaciens qzr14 which is a cucumber growth promoting bacteria in soil with cucumber growth, and to find physical and chemical factors and bacterial taxa that affect its distribution, finally to clarify its formation mechanism using high throughput sequencing, real-time PCR and other molecular biology techniques. This will provide the theoretical basis and scientific guidance for the plant growth promoting bacteria’s effective colonization.

由于化学肥料的污染和矿产资源的匮乏，以植物促生菌为核心的绿色新型微生物肥料已成为实现农业可持续化发展的重要途径。然而植物促生菌无法有效定殖，造成的微生物肥料应用效果不稳定，逐渐成为限制其行业发展的关键问题。针对植物促生菌在土壤中定殖、分布机制不清的现状，本课题拟以前期筛选的一株对黄瓜具有促生效果的产液葡糖醋杆菌qzr14（Gluconacetobacter liquefaciens qzr14）为研究对象，利用高通量测序、荧光定量PCR等分子生物学技术，系统分析植物促生菌qzr14接种到土壤后，随黄瓜生长，在土壤中的时空分布特征，及与其时空分布显著相关的土壤理化因子和细菌类群，明晰植物促生菌qzr14在小尺度土壤生态系统中时空分布的形成机制，为植物促生菌的有效定殖提供理论基础和科学指导。

由于化学肥料的污染和矿产资源的匮乏，以植物促生菌为核心的绿色新型微生物肥料已成为实现农业可持续化发展的重要途径。然而植物促生菌无法有效定殖，造成的微生物肥料应用效果不稳定，逐渐成为限制其行业发展的关键问题。本项目设计了接种产液葡糖醋杆菌qzr14的黄瓜根箱实验，在黄瓜生长的5个时间点测定植物特性，并采集水平和垂直尺度土壤样品，分别进行葡糖醋杆菌的数量测定、土壤理化性质测定和土壤微生物多样性测定，利用生物统计学对相关结果进行统计分析和相关性分析。结果发现时间对土壤中产液葡糖醋杆菌的数量影响最显著，其次是水平空间。根际中葡糖醋杆菌的数量明显高于根周，根周土壤上层与下层，内部与外部均无明显差异。处理组与对照组间的差异随着时间减小。随着时间延长，根际葡糖醋杆菌加入后下降，稳定在1×107左右，根周葡糖醋杆菌加入后下降，上升，下降，稳定在1×105左右。说明葡糖醋杆菌主要随着时间在水平空间有显著差异，主要在根际定殖，可能与根系分泌物密切相关。相关性分析结果表明土壤中葡糖醋杆菌的数量与土壤含水量显著正相关（P<0.05），与微生物α多样性显著负相关（P<0.05），与微生物β多样性显著正相关（P<0.05），与其他因素无显著相关性。这说明①葡糖醋杆菌的定殖和空间分布与土壤水分密切相关；②葡糖醋杆菌的定殖和空间分布与土著微生物多样性密切相关，葡糖醋杆菌可能与土著微生物存在一定的营养或生态位竞争关系；③土壤中葡糖醋杆菌的数量与植物无直接相互作用，接种的葡糖醋杆菌qzr14可能是通过调控土壤理化特性和微生物群落结构功能促进黄瓜生长；④植物的大小不直接影响葡糖醋杆菌qzr14的数量和时空分布。本项目初步明晰了葡糖醋杆菌在小尺度土壤生态系统中的时空分布及其形成机制，并加深了我们对外源微生物与土著微生物、土壤养分、植物等之间相互作用关系的认知，为植物促生菌在土壤中的有效定殖和高效应用提供了理论基础和科学指导。