[01149029]新疆长期连作棉田根际土壤微生物群落演替解析

新疆长期连作棉田根际土壤微生物群落演替解析 1.课题来源与背景 本项目源自： 课题1)“新疆长期连作棉花根际土壤微生物群落演替解析”,国家自然科学基金（31460108,49万元,2015.01-2018.12）。 课题2)“新疆极端干旱荒漠区寡营养细菌多样性研究”,国家自然科学基金（30050003,10万元,2011.01-2011.12）。 课题3)“新疆高产棉区土壤分子微生物生态研究”,国家自然科学基金（30860016,24万元,2009.01-2011.12）。 课题4)“新疆极端干旱区寡营养微生物多样性研究”,教育部科学技术研究重点项目（212198,10万元,2012.01-2014.12）。 课题5)“新疆连作棉田菊酯类农药降解菌群的构建及特性研究”,新疆维吾尔自治区自然科学基金（2014211A043,7万元,2014.01-2019.12）。 课题6)“新疆连作棉田吡虫啉降解菌分离与鉴定”,农业部农业微生物资源收集与保藏重点实验室（MRCP-2014-4,2万元,2014.08-2015.07）。 课题7)“新疆棉田农药降解细菌资源”,新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室（XJDX1414-2017-02,2万元,2017.10-2019.09）。 课题8)“连作对新疆棉田细菌群落的影响”,新疆师范大学博士启动基金（XJNUBS1004,3万元,2010.01-2012.12）。 2. 研究目的与意义 以新疆干旱半干旱气候、盐碱化土壤条件下孕育的特有微生物资源为研究材料,针对本地区支柱产业-棉花可持续发展必须面对的农业土壤面源污染问题,将微生物生态学和特殊环境功能微生物开发研究结合。 1)通过研究连作过程中微生物群落结构演替规律,解析棉花各生长阶段土壤微生物群落结构特征与功能的关系,从土壤微生态角度提出解除棉花连作障碍的可行方法; 2)从常年连作棉花并遭受农药等面源污染的农田土壤中富集获取高效氯氰聚酯等8种农药降解菌群,分析各降解菌群结构组成,查明其降解特征,分离纯化降解菌株,为解决适合本地区土壤环境污染问题提供生物修复微生物资源。 3)针对新疆贫营养环境微生物资源,查明该类环境中分布的细菌类群种类及多样性,为本地区特殊环境微生物资源的开发及分类奠定基础。 3.主要论点与论据 1)关于棉花连作土壤微生物群落结构及核心菌属功能 查明了新疆地区棉花长期连作过程中土壤微生物群落结构演替及与连作障碍发生之间的关联。对比研究了该地区棉花30年内不同连作年限以及轮作条件下棉田土壤中微生物群落结构组成和黄萎病病原物在土壤中的富集过程推断出棉花栽培及配套的耕作模式是导致当地土壤原生态微生物群落结构发生变化的首因,而新的微生物群落结构是在棉花长期栽培及与其配套的耕作方式共同持续胁迫下形成并稳定下来,轮作仅可以使部分种类微生物种群快速恢复。 2)关于新疆棉田土壤环境基因组信息 构建了该地区原生态土壤环境基因组BAC文库、连年耕作棉田土壤环境基因组BAC文库。通过构建文库的方式获得并保存该地区全部原生态和新生态土壤环境基因组信息。为将来筛选该地区特殊功能的基因和进一步大规模开展干旱和半干旱棉区土壤环境基因组研究和资源微生物的开发利用奠定了基础。 3)关于新疆棉田农药降解菌群、菌株 掌握了富集培养高效氯氰菊酯等8种农药降解菌群的可行方法,并获得了能稳定传代且可持续降解的菌群,完善了解菌群筛选方法;通过高通量数据检测掌握了高效氯氰菊酯等降解菌群结构组成特点;从各菌群中分离得到高效氯氰菊酯等农药降解菌400余株。 4)关于贫营养等特殊土壤环境微生物多样性 通过对新疆古尔班通古特沙漠等7个极具代表性的区域土样或水样的研究发现：新疆各种极端贫营养环境蕴藏着丰富的微生物资源,并且各环境特异性很强;分离培养获取了120余株新疆七种极端贫营养环境微生物纯培养物;鉴定并发表了部分新种。 4.创见与创新 1)针对新疆长期连作棉田,查明了在连作过程中细菌、真菌、古菌群落结构的演替过程及各阶段群落结构特征与功能的关系,指出了健康棉田土壤微生物核心组成及各种棉花栽培措施对不同类群造成的影响,指出了棉花枯黄痿病在棉花连作过程中与土壤微生物群落结构之间的关联; 2)针对新疆地区农田农药等面源污染,获得了适合本地区环境特点的降解高效氯氰菊酯等8种农药的降解菌群,并掌握了该菌群的降解特点及群落结构组成。此外,还分离纯化了 300 余株具有降解功能的纯培养物; 3)针对新疆多种特殊贫营养环境,初步查明了本地区 7 种贫营养环境下分布的细菌类群种类及其种群结构特点,为获取这些微生物资源打下了基础; 4)针对新疆各种土壤微生物资源,发表了多株纯培养物,为后继开发应用奠定了基础; 5)从分子生态学角度探讨解决本地区棉花连作障碍问题的途径; 6)开发本地区特殊环境微生物资源,服务于本地区社会发展及环境问题。