摘要
氮循环与农业生产和生态环境息息相关。人类通过施加氮肥来增加作物产量，但与此同时，氮肥流失破坏了氮原有的平衡，进而导致全球性的环境问题。植物根际是土壤介质、植物和微生物交互作用的微界面，也是物质和能量交换的区域。大量研究表明接种联合固氮菌能促进玉米的产量，但是接种效率和稳定性容易受到环境因素的影响;同时接种对土壤及根际微生物群落影响的研究报道甚少，其中的微生物机理和生态效应也存在疑问。本研究将固氮施氏假单胞菌A1501和玉米作为模式对象，考察该菌在根部的定殖效率，利用15N同位素稀释法定量生物固氮对玉米氮素的贡献。同时考察不同水分条件下接种固氮施氏假单胞菌 A1501对玉米的促生效应及根际氮循环功能微生物群落及活性的影响，为深入了解联合固氮菌和宿主植物间的相互作用，提高微生物的固氮效率及减少农业生产的氮肥用量提供理论依据。主要研究结果如下： 一、分别在营养液和土壤培养条件下，通过平板计数和扫描电镜方法观察固氮施氏假单胞菌A1501在玉米根系的定殖情况。结果表明，固氮施氏假单胞菌A1501能够在玉米根系定殖。 二、盆栽试验结果表明，无菌土壤介质中种植的玉米生长量受到水分条件和固氮菌接种的显著影响。接种固氮施氏假单胞菌A1501后第60天的玉米植株生长量在干旱条件和水分充足时分别提高22.7%和32.5%。未灭菌的自然土壤介质种植的玉米生长量也受到水分条件的显著影响；固氮菌接种提高了玉米生长量，但是结果不显著。15N同位素稀释法测定结果表明水分条件显著影响了固氮施氏假单胞菌A1501的固氮贡献量，水分充足条件下固氮贡献率为31.6%，而干旱条件下为20.1%。因此本实验条件下接种固氮施氏假单胞菌A1501可以为玉米提供生长所需的部分氮素。 三、采用绝对定量qPCR和高通量测序技术，分析不同水分条件和固氮施氏假单胞菌A1501接种对玉米不同土壤区域（根际土和表层土）氮循环功能微生物种群数量、转录活性及群落结构的影响。结果表明水分条件措施显著影响了根际土固氮菌nifH基因、氨氧化细菌和氨氧化古菌amoA基因数量和转录活性，但对表层土和根际土的微生物群落结构没有显著影响。固氮施氏假单胞菌A1501接种显著影响了玉米根际固氮菌nifH基因、氨氧化细菌和古菌amoA基因拷贝数和转录数，同时对根际土中细菌和固氮菌群落结构产生显著影响。不同土壤区域的细菌和固氮菌群落多样性也表现出差异，固氮菌更多地存在于根际土中，而氨氧化细菌和氨氧化古菌在表层土中数量更高，表明不同土壤区域（生态位）是影响土壤微生物及氮循环关键功能微生物最主要的因素，这很可能是土壤特性如有机碳和氮含量差异造成的。 本论文阐释了固氮施氏假单胞菌A1501和玉米的联合固氮作用，表明固氮施氏假单胞菌A1501能够在玉米根际定殖并通过固氮作用对植株贡献氮；同时接种固氮菌对微生物群落的影响显著小于土壤生态位的影响。
NETL