食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌的相互作用及其對(duì)土壤氮素礦化和植物根系生長(zhǎng)的影響.pdf

1、食細(xì)菌線蟲(chóng)是土壤中重要的食細(xì)菌微型動(dòng)物，由于其在土壤中數(shù)量多，代謝活性高，與微生物關(guān)系密切，關(guān)于食細(xì)菌線蟲(chóng)與微生物的相互作用及其生態(tài)效應(yīng)的研究引起了生態(tài)學(xué)家普遍的關(guān)注。盡管研究結(jié)果不盡相同，但總體趨勢(shì)都揭示食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌的取食所產(chǎn)生的直接或間接作用促進(jìn)了土壤氮素礦化及氮素養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)了多數(shù)植物的生長(zhǎng)和氮素營(yíng)養(yǎng)狀況改善。但是食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌之間的相互作用必然也會(huì)受到線蟲(chóng)種類、密度，細(xì)菌種類及環(huán)境因素等的影響。并且基于原生動(dòng)物對(duì)植物生長(zhǎng)

2、促進(jìn)作用的激素效應(yīng)的研究，由于食細(xì)菌線蟲(chóng)在生理及生態(tài)上與原生動(dòng)物極相似，并且在土壤中其數(shù)量和原生動(dòng)物相當(dāng)甚至超過(guò)原生動(dòng)物，因此有理由認(rèn)為食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用機(jī)理也可能存在線蟲(chóng)作用下的激素效應(yīng)。 本文在實(shí)驗(yàn)室已有工作基礎(chǔ)上，首先采用悉生培養(yǎng)系統(tǒng)，并在設(shè)置了不同線蟲(chóng)牧食強(qiáng)度和不同濕度條件下，研究模式食細(xì)菌線蟲(chóng)(C.elegans)與細(xì)菌(B.subtilis)的相互作用及其對(duì)土壤氮素礦化的影響；其次，在自然土培條件下，研究

3、供試土壤土著食細(xì)菌線蟲(chóng)及模式線蟲(chóng)(C.elegans)對(duì)番茄(Lycopersicon esculentum Mill)和小麥(寧麥9號(hào))根系生長(zhǎng)的影響，并初步探討其中的激素作用及同時(shí)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。旨在進(jìn)一步闡明土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌的相互作用及其對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用機(jī)理。 研究結(jié)果表明： 1.土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌的相互作用對(duì)細(xì)菌數(shù)量的影響有別于一般的牧食關(guān)系，食細(xì)菌線蟲(chóng)的取食促進(jìn)了細(xì)菌的繁殖，并且能夠促進(jìn)細(xì)

4、菌的活性。土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌的相互作用進(jìn)一步促進(jìn)了土壤氮素的礦化，尤其是銨態(tài)氮和礦質(zhì)氮含量的提高，但是，在悉生培養(yǎng)條件下，土壤硝態(tài)氮表現(xiàn)出強(qiáng)烈的降低趨勢(shì)。 2.食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌的促進(jìn)作用存在“適度牧食”密度，即過(guò)度牧食的情況下，線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌的促進(jìn)作用下降，同時(shí)線蟲(chóng)的增長(zhǎng)幅度也下降。在試驗(yàn)設(shè)置的三個(gè)線蟲(chóng)取食密度下，線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌的促進(jìn)作用表現(xiàn)為接種20條線蟲(chóng)·g<'-1>土處理>10條線蟲(chóng)·g<'-1>土>40條線蟲(chóng)·g<'-1>土。

5、并且，線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌過(guò)度牧食在相對(duì)降低細(xì)菌數(shù)量的同時(shí)，對(duì)土壤氮素的礦化作用也相應(yīng)下降。不同取食密度處理間，線蟲(chóng)對(duì)土壤氮素礦化的促進(jìn)作用程度與對(duì)細(xì)菌的增殖促進(jìn)作用程度趨勢(shì)一致。 3.食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌之間的相互作用受土壤水分含量的影響，在試驗(yàn)設(shè)置的含水量條件下，線蟲(chóng)對(duì)細(xì)菌的增殖促進(jìn)作用總體表現(xiàn)為23％含水量處理>17％含水量處理>28％含水量處理，并且對(duì)土壤氮素礦化的促進(jìn)作用也表現(xiàn)為23％含水量處理高于17％和28％兩個(gè)含水量處理，而后

6、兩個(gè)含水量處理之間沒(méi)有明顯差異。因?yàn)榫€蟲(chóng)是水生動(dòng)物，在土壤中需要水膜來(lái)生存和運(yùn)動(dòng)。但是，線蟲(chóng)在薄的水膜中的遷移活動(dòng)比在自由水中要快，而線蟲(chóng)在不同含水量條件下遷移、分布和活動(dòng)的改變也就影響了對(duì)細(xì)菌生物量周轉(zhuǎn)以及土壤養(yǎng)分的作用。 4.通過(guò)添加基質(zhì)(豬糞和稻草)培養(yǎng)獲得食細(xì)菌線蟲(chóng)的大量繁殖，并根據(jù)線蟲(chóng)蟲(chóng)體大小的特點(diǎn)采用兩種孔徑的網(wǎng)袋將內(nèi)層添加基質(zhì)土壤和外層未加基質(zhì)土壤區(qū)分，從而內(nèi)層大量繁殖的線蟲(chóng)通過(guò)1mm網(wǎng)袋遷移至外層未加基質(zhì)的土壤

7、，而采用5μm網(wǎng)袋則限制了線蟲(chóng)向外層土壤的遷移，從而獲得土著食細(xì)菌線蟲(chóng)大量富集的外層土壤及對(duì)照土壤。并且1mm網(wǎng)袋外層主要是Protorhabditis.sp線蟲(chóng)的增加。添加兩種基質(zhì)的5μm網(wǎng)袋處理，外層土壤線蟲(chóng)數(shù)和空白處理差異不大。添加豬糞處理對(duì)食細(xì)菌線蟲(chóng)的繁殖作用優(yōu)于添加稻草處理，這主要可能是由于豬糞的C∶N比比較小，分解較快，線蟲(chóng)的繁殖，尤其是食細(xì)菌線蟲(chóng)的繁殖，和有機(jī)物料的分解速度直接相關(guān)。 5.無(wú)論是直接原位富化獲得土著

8、食細(xì)菌線蟲(chóng)的大量繁殖，還是接種外源食細(xì)菌線蟲(chóng)，都促進(jìn)了植物(番茄和小麥)的根系生長(zhǎng)，主要是促進(jìn)了根系形態(tài)的改變，即根系發(fā)育成了更長(zhǎng)、更細(xì)、有更多分支的根系系統(tǒng)。 6.食細(xì)菌線蟲(chóng)富集處理與對(duì)照處理相比，在種植番茄和小麥的土壤中IAA和GA<,3>的含量都顯著提高。將食細(xì)菌線蟲(chóng)各處理作總平均值的分析表明，在種植番茄的土壤中，食細(xì)菌線蟲(chóng)使IAA和GA<,3>含量分別提高了72.7％扣71.4％；種植小麥的土壤中，食細(xì)菌線蟲(chóng)分別使IAA

9、和GA<,3>含量提高了90.7％和41％。通過(guò)Biolog的測(cè)定考察食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)種植植物土壤微生物(細(xì)菌)群落的影響表明食細(xì)菌線蟲(chóng)的存在促進(jìn)了土壤微生物群落的總體活性(AWCD值表示)，并顯著地改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)：接種食細(xì)菌線蟲(chóng)處理，土壤微生物對(duì)碳源類群的利用發(fā)生了顯著的改變。而土壤中激素含量的提高主要應(yīng)該是由于線蟲(chóng)的選擇性取食對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改變。將這些結(jié)果與食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)植物根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用相結(jié)合，在一定程度上說(shuō)明了食

10、細(xì)菌線蟲(chóng)同原生動(dòng)物一樣，存在對(duì)植物根系生長(zhǎng)促進(jìn)作用的激素效應(yīng)。 7. 食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響以及對(duì)植物根系的促進(jìn)作用大小受線蟲(chóng)種類的影響，試驗(yàn)土壤富化的土著食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)植物根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基上培養(yǎng)獲得的外源食細(xì)菌線蟲(chóng)C.elegans，對(duì)土壤微生物群落的總體活性(AWCD值表示)的促進(jìn)作用也表現(xiàn)為前者大于后者，并且兩個(gè)處理微生物群落對(duì)碳源類群的利用也不同。而食細(xì)菌線蟲(chóng)與微生物和根系之間的相互作用同樣受植

11、物種類的影響，因?yàn)椴煌参锲涓捣置谖锊煌?，?duì)微生物也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。反映了植物根際土壤動(dòng)物-微生物-根系之間復(fù)雜的相互作用。本研究進(jìn)一步明確了土壤食細(xì)菌線蟲(chóng)與細(xì)菌之間相互作用及其對(duì)土壤氮素礦化的影響因素，并初步探討了食細(xì)菌線蟲(chóng)對(duì)植物根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用及其基于改變微生物群落結(jié)構(gòu)促進(jìn)有益微生物生長(zhǎng)的激素機(jī)理。本研究可為今后有效開(kāi)發(fā)利用土壤有益線蟲(chóng)資源改善土壤養(yǎng)分管理、提高作物生產(chǎn)提供理論依據(jù)和潛在的技術(shù)儲(chǔ)備，有較重要的理論意義和一定的應(yīng)