文献综述10玉米大豆间作下根际微生物多样性研究进展课件.pptx
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1、内容1.引言引言2.土壤微生物多样性土壤微生物多样性3.土壤微生物多样性的研究方法土壤微生物多样性的研究方法4.影响土壤微生物多样性的因素影响土壤微生物多样性的因素5.玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展6.展望展望间作是指空间上的多样性种植,在同一地点同一生长季节同时种植两种或两种以上的作物并呈一定比例分行或分带种植的一种种植制度。(Willey,1979,Field Crops Abstract;刘巽浩,1993,中国耕作制度M)间作是世界农业广泛采用的一种种植制度,也是中国传统种植制度。它具有显著提高粮食产量、提高土地利用率、有效控制病
2、害、促进作物养分吸收利用、提高水分和光能利用率等方面的优势。(Li et.al,2007,PNAS;Zhu et.al,2000,Nature;贺佳等,2011,作物杂志;董艳,2012,土壤通报)引言银叶草玉米象草木豆大豆相思树Plant perennials to save Africas soils(D.Glover.et.al,2012,nature)引言自然生态系统中地上部生物多样性与地下部生物多样性存在紧密联系。自然生态系统中地上部生物多样性与地下部生物多样性存在紧密联系。(David A.Wardle.et.al,2004,Science)间作体系中的地上部植物多样性间作体系中的
3、地上部植物多样性是否是否对地下部根际微生物多样性产生影响对地下部根际微生物多样性产生影响?而根际微生物多样性又是土壤微生而根际微生物多样性又是土壤微生物多样性的最活跃部分。物多样性的最活跃部分。土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称,通常包括古菌、细菌、放线菌、真菌、病毒、原生动物和显微藻类等。(黄昌勇,2000,土壤学M;崔金香,2010,河南农业科学)影响土壤微生物活性的环境因素:温度、水分及其有效性、pH、氧气和Eh值、土壤管理措施等。(黄昌勇,2000,土壤学M)引言土壤微生物在土壤生态系统中的主要作用(1)分解土壤有机质和促进腐殖质形成;分解土壤有机质和促进腐殖质
4、形成;(2)吸收、固定并释放养分,对植物营养状况的改善和调节;吸收、固定并释放养分,对植物营养状况的改善和调节;(3)与植物共生促进植物生长,如豆科植物的固氮;与植物共生促进植物生长,如豆科植物的固氮;(4)分解土壤有机碳、氮使土壤产生微量气体;分解土壤有机碳、氮使土壤产生微量气体;(5)在有机物污染和重金属污染治理中起监测、防护及修复作用;在有机物污染和重金属污染治理中起监测、防护及修复作用;(6)能帮助植物适应养分胁迫环境,改善土壤养分的吸收利用。能帮助植物适应养分胁迫环境,改善土壤养分的吸收利用。(李娟,2008,中国农业科学院D;叶协锋,2009,土壤通报)引言内容1.引言引言2.土壤
5、微生物多样性土壤微生物多样性3.土壤微生物多样性的研究方法土壤微生物多样性的研究方法4.影响土壤微生物多样性的因素影响土壤微生物多样性的因素5.玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展6.展望展望土壤微生物多样性土壤微生物多样性,即指土壤生态系统中所有的微生物种类、即指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化 程度。一般认为程度。一般认为,土壤微生物多样性存在于基因、物种、种群土壤微生物多样性存在于基因、物种、种群以及群落等以及群落等4个层面个层面
6、,是土壤生态系统的是土壤生态系统的 一个基本生命特征一个基本生命特征,也也是时间和空间的函数。是时间和空间的函数。当前研究主要集中在当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性功能多样性等等4个方面。个方面。(林先贵和胡君利,2008,土壤学报)土壤微生物多样性内容1.引言引言2.土壤微生物多样性土壤微生物多样性3.土壤微生物多样性的研究方法土壤微生物多样性的研究方法4.影响土壤微生物多样性的因素影响土壤微生物多样性的因素5.玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展玉米大豆间作条件下根际微生物多样性的研究进展6.展望展望生物或化学方法
7、包括:生物或化学方法包括:1.传统的平板计数法传统的平板计数法;2.荧光染色法荧光染色法;3.Biolog微平板分析、微平板分析、4.磷脂脂肪酸磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)谱图分析方法谱图分析方法;5.脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯(fatty acid methyl esters,FAME)谱图分析方法等。谱图分析方法等。土壤微生物多样性的研究方法(周桔和雷霆,2007,生物多样性;李娟,2008,中国农业科学院D;林先贵和胡君利,2008,土壤学报)根据研究技术类型根据研究技术类型,土壤微生物多样性的研究方法分两大类:,土壤微生物多样性的研究方法分两大类:基
8、于生物或化学的方法和基于现代分子生物学技术的方法。基于生物或化学的方法和基于现代分子生物学技术的方法。分子生物学方法分为两个方面:一是基于分子杂交技术的分子标记法,荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)、同位素标记技术等,二是基于PCR技术的研究方法,随机扩增多态性DNA技术(random amplified polymorphic DNA,RAPD)、扩增片段长度多态性技术(amplified fragment length polymorphism,AFLP)、限制性片段长度多态性技术(restriction fragment len
9、gth polymorphism,RFLP)和末端限制性片段长度多态技术(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)、单链构象多态性技术(single-strand conformational polymorphism,SSCP)、变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gelelectrophoresis,DGGE)和温度梯度凝胶电泳(temperature gradient gelelectrophoresis,TGGE)、核糖体基因间区分析(ribosomal intergenic spacer
10、analysis,RISA)等。实时荧光定量 PCR 技术(Real time fluorescence quantitative PCR)(周桔和雷霆,2007,生物多样性;李娟,2008,中国农业科学院D;林先贵和胡君利,2008,土壤学报)土壤微生物多样性的研究方法从研究的层次上划分,土壤微生物多样性的研究方法大体上可分为三类:遗传多样性、物种多样性和功能多样性。1.土壤微生物遗传多样性主要通过分子生物学技术,从分子水平上研究土壤微生物多样性;2.土壤微生物物种多样性主要从对微生物类群即细菌、真菌和放线菌这三大类群的数量及其比例组成来描述微生物多样性,或者按照微生物在生态系统中的作用将其
11、划分成不同的功能群(function group),通过某一功能群中物种的分类及其数量来研究土壤微生物多样性;如对土壤中的根瘤菌的多样性进行研究;3.土壤微生物功能多样性指包括微生物活性、底物代谢能力及与营养元素在土壤中转化相关的功能等,通过分析测定土壤中的一些转化过程,如有机碳、氮矿化速率等来了解土壤微生物功能,如对碳源利用功能分析时常用Biolog微平板法。(周桔和雷霆,2007,生物多样性)土壤微生物多样性的研究方法土壤微生物的多样性是非常丰富的,土壤微生物的多样性是非常丰富的,1g土壤含有土壤含有5000到到10000种微生物种微生物;1 kg土壤中可能含土壤中可能含5亿个细菌、约亿个
12、细菌、约100 亿个放线菌、近亿个放线菌、近10 亿个真菌,土居原生动物也可达亿个真菌,土居原生动物也可达5 亿个。亿个。(V.Torsvik,1990,APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY;姚槐应等姚槐应等,2006,土壤微生物生态学及其实验技术土壤微生物生态学及其实验技术M)土壤微生物多样性的研究方法1.稀释平板计数法土壤中仅有土壤中仅有0.1%10%的土壤微生物是可以培养的,直接培养的土壤微生物是可以培养的,直接培养法得到的只是很少一部分土壤微生物群落的组成信息。法得到的只是很少一部分土壤微生物群落的组成信息。(沈菊培沈菊培,2007,应用生态学报
13、应用生态学报)2.Biolog 微平板法土壤微生物多样性的研究方法Biolog方法是将土壤悬液接种到Biolog微平板上,该平板上含有31种(Eco板)不同的C源,微生物在利用碳源过程中产生的自由电子,与四氮唑盐染料发生还原显色反应,颜色的深浅可以反映微生物对碳源的利用程度和情况。由于微生物对不同碳源的利用能力很大程度上取决于微生物的种类和固有性质,因此在一块微平板上同时测定微生物对不同单一碳源的利用能力(Sole carbon source utilization,SCSU),就可以鉴定纯种微生物或判定和分析微生物群落的功能代谢能力差异情况。(李娟,2008,中国农业科学院D)碳源PM板加入
14、土壤悬液加入土壤悬液培养后显色显色读数2.Biolog 微平板法Biolog方法用于环境微生物群落研究,具有以下特点:方法用于环境微生物群落研究,具有以下特点:(1)灵敏度高,分辨力强;对多种单一碳源的利用能力)灵敏度高,分辨力强;对多种单一碳源的利用能力(SCSU)的测定可以得到被测微生物群落的代谢特性指纹(的测定可以得到被测微生物群落的代谢特性指纹(metabolic finger print),分辨微生物群落的微小变化;),分辨微生物群落的微小变化;(2)无需分离培养纯种微生物,可最大限度地保留微生物群落原)无需分离培养纯种微生物,可最大限度地保留微生物群落原有的代谢特性;有的代谢特性;
15、(3)测定简便,数据的读取与记录可以由计算机辅助完成。)测定简便,数据的读取与记录可以由计算机辅助完成。缺点是仅能鉴定快速生长的微生物。缺点是仅能鉴定快速生长的微生物。土壤微生物多样性的研究方法(李娟,2008,中国农业科学院D)土壤微生物多样性的研究方法3.磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)分析法磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)分析是一种生物化学的方法,它用于分析微生物群落的多样性。由于:PLFA 图谱可代表整个活的微生物群落;不同的微生物具有不同的 PLFA 种类;微生物的 PLFA 含量与微生物生物量具有一定的比例
16、关系。此方法无需进行生物培养就能评价微生物的多样性,但测试结果常受有机质等因素的干扰。(李娟,2008,中国农业科学院D)4.分子生物学方法土壤微生物多样性的研究方法1.PCR-DGGE(PCR-变性梯度凝胶电泳技术)根据序列中碱基组成的不同,将片段大小相同的根据序列中碱基组成的不同,将片段大小相同的 DNA 序列分开。在序列分开。在 dsDNA 分子中,分子中,A、T 碱基之间有碱基之间有2个氢键,而个氢键,而 G、C 碱基之间有碱基之间有3个氢个氢键连接,因此,键连接,因此,A、T 碱基对变性剂的耐受性要低于碱基对变性剂的耐受性要低于 G、C 碱基对。由于这碱基对。由于这四种碱基的组成和排
17、列差异,使碱基组成和排列不同的四种碱基的组成和排列差异,使碱基组成和排列不同的 dsDNA 分子具有分子具有不同的解链程度。理论上认为,只要选择的电泳条件如变性剂、电泳时间、不同的解链程度。理论上认为,只要选择的电泳条件如变性剂、电泳时间、电压等足够精细,仅有一个碱基差异的电压等足够精细,仅有一个碱基差异的 DNA 片段都可以被分开。片段都可以被分开。(李娟,2008,中国农业科学院D)首先,首先,DGGE 最多能分离最多能分离 1kb 的的 DNA 片段,但通常选用的片段只片段,但通常选用的片段只有几百个碱基,因此这些序列只能提供有限的系统发育信息;有几百个碱基,因此这些序列只能提供有限的系
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