产胞外多糖细菌多样性及其对土壤团聚体形成作用的研究

【摘要】土壤团聚体即土壤结构,是土壤肥力的调节中心,是土壤评价的重要指标。土壤团聚体的形成是个非常复杂的物理、化学和生物过程。而微生物对土壤团聚体的形成有重要影响,其作用方式有两种：一种是微生物菌体自身的特性,如菌丝、自身电荷、细胞组分对土壤团聚体形成的影响；一种是微生物代谢产物,如多糖、脂质和蛋白等胶结物质对土壤颗粒的黏合作用。本文研究了产胞外多糖细菌的多样性,及其代谢产物对土壤团聚体形成的影响,并对其作用机制进行了探讨,尤其是胞外多糖在土壤团聚体形成中的作用。研究了四川盐亭紫色土农业生态试验站林地、草地两种不同利用方式紫色土细菌群落结构多样性。PCR-DGGE结果表明,两种不同利用方式紫色土细菌群落结构多样性无显著差异,主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),还有少数酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和一些未可培养细菌。从林地紫色土中分离得到18株产多糖细菌,属于6个菌属,3个菌门。从草地紫色土中分离得到14株产多糖细菌,属于3个菌门,3个菌属。两种利用方式紫色土产胞外多糖细菌中,优势菌属均为芽孢杆菌属(Bacillus)。林地产胞外多糖细菌中,特有的菌属包括剑菌属(Ensifer)、节杆菌属(Arthrobacter)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和贫铜菌属(Cupriavidus)、草地产胞外多糖细菌中,特有的菌属有鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)和肠杆菌属(Enterobacter).分别从林地、草地产胞外多糖细菌中筛选出产胞外多糖量较高的菌株作为供试菌株,分别为PseudomonaschlororaphisA20、BacilluscereusA27、BacillusaerophilusB23和BacillusspB17-1.研究了供试菌株所产胞外多糖的结构。红外光谱分析表明,不同菌株所产胞外多糖都有糖类所特有的吸收峰,都含有O-H、-CH、C=O、C≡N和C-N,而菌株B17-1和B23所产胞外多糖中还有C≡C。气相色谱研究表明,供试菌株所产胞外多糖均为杂多糖,且单糖组成不尽相同。供试菌株所产胞外多糖的单糖组成中,都有D-木糖和D-甘露糖。除此以外,菌株B17-1所产胞外多糖的单糖组分中还有L-阿拉伯糖；菌株A27和B23所产胞外多糖的单糖组成中,还有L-鼠李糖和D-葡萄糖,且单糖组分摩尔比不相同。研究了产胞外多糖细菌对水稳性团聚体(>0.25mm)形成的影响。结果表明,与不接菌的对照组相比,供试菌株的接活菌处理对水稳性团聚体形成都有明显的促进作用(P<0.05)。与对照组相比,菌株A20、A27、B17-1和B23的接活菌处理使土壤团聚体(>0.25mm)比例分别提高了128.6%、169.0%、79.1%和77.5%,对土壤中多糖含量也有不同程度的影响。PCR-DGGE结果表明,与对照组相比,菌株B17-1和B23的接活菌处理对土壤细菌群落结构有显著影响。研究了供试菌株所产胞外多糖对水稳性团聚体(>0.25mm)形成的影响。结果表明,与不添加胞外多糖的对照组相比,供试菌株所产胞外多糖在不同多糖添加量水平对水稳性团聚体形成有明显的促进作用(P<0.05)。与对照组相比,菌株A27、B17-1和B23所产胞外多糖在添加量为1.4mg/g时,对水稳性团聚体形成有明显的促进作用,团聚体(>0.25mm)比例分别提高了43.8%、24.5%和61.7%；菌株A20、B17-1和B23所产胞外多糖在添加量为2.8mg/g时,对水稳性团聚体形成有显著的促进作用,团聚体(>0.25mm)比例分别提高了19.1%、38.4%和45.2%(P<0.05)PCR-DGGE结果表明,与对照组相比,添加菌株B17-1和B23所产胞外多糖对土壤细菌群落结构有显著影响。胞外多糖对土壤团聚体形成的影响与胞外多糖的结构有关,单糖组成较为复杂的胞外多糖(来自菌株A27和B23)对土壤水稳性团聚体(>0.25mm)的形成有较大的促进作用,单糖组成较简单的胞外多糖(来自菌株A20和B17-1)对土壤水稳性团聚体(>0.25mm)的形成影响较小。
【作者】上官王丽；
【导师】盛下放；
【作者基本信息】南京农业大学，微生物学，2013，硕士
【关键词】产胞外多糖细菌多样性；胞外多糖；土壤团聚体；红外光谱；单糖组成PCR-DGGE；

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