搜索
***级**专业博士研究生开题报告土壤及根际微生物与水稻高产关系的研究报告人：指导老师：研究方向：报告内容研究背景及选题依据研究内容及预期结果试验设计和研究方法论文实验进展安排论文结构及可能创新点12345研究背景及选题依据一1.研究背景2.选题依据3.研究目的和意义4.国内外研究动态粮食安全问题日益突出耕地面积的不断减少提高粮食单产是关键1.研究背景提高单产品种选育栽培技术2.选题依据化肥和农药的大量使用土壤条件恶化水体和土体污染农药残留制约了水稻可持续生产？？代替微生物促进作物生长增强农作物抗病性活化土壤中难以利用的营养元素提高土壤养分供应能力提高土壤保水、保肥能力3.研究目的本论文拟通过对水稻土壤微生物与土壤肥力关系、根际微生物在水稻根部的定殖特性、土壤微生物对水稻生长发育及产量的影响及土壤微生物对水稻营养利用率的影响等几个方面的系统研究，阐明土壤微生物与土壤肥力之间的关系以及土壤微生物与水稻优质高产高效之间的关系，为土壤微生物在水稻优质高产上的应用提供依据。4.国内外研究动态1.根际土壤微生物促进植物的生长2.菌根对植物生长的影响3.根际土壤微生物对植物的生物防治作用根际微生物对植物的影响主要通过促进土壤养分的改善、形成菌根、促进植物对营养物质吸收利用以及防治病虫害等方面来实现的。主要有以下三种：（1）联合固氮作用（2）合成生物活性物质（3）改善土壤养分4.1根际土壤微生物促进植物的生长联合固氮作用近几年，研究联合固氮菌特性与植物之间的相互关系及田间接种效益等方面，已成为各国科学家关注的热点。虽然固氮菌固定的氮大部分为自身利用，提供给植物的氮素很少，只有菌体裂解后的氮素才能被植物吸收，但由于细菌的生命周期比植物短得多，细菌死亡后释放的有机氮能逐步为植物吸收。Alam等研究发现接种固氮菌(Azotobactersp.)使水稻干物质量，水稻产量及氮的积累量增加6%～24%。研究表明，接种Azospirillumsp.固氮螺菌属微生物后，小麦的生物量、产量、蛋白质含量、植物含氮量明显增加。研究测得每季水稻根际的固氮能力为：早稻N：3.00~3.45kg/(hm·66d)，晚稻N：4.50~6.00kg/(hm·72d)。微生物能够合成的植物激素类物质，主要有：细胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素、生长素等。这些物质可促进植物根系有效地吸收土壤中的水分和养分，以促进植物的生长发育，同时对植物体其他生命活动进行调控。研究表明微生物可以产生氨基环丙烷羧酸脱氨基酶，可以将乙烯转变成其降解物，从而促进土壤中矿质元素和氮元素的吸收。研究发现微生物产生的一些挥发物如2,3-丁二醇，三羟基二丁酮促进拟南芥的生长。Fallik等发现接种Azospirillum的玉米苗比对照含有较高的游离态生长素及吲哚丁酸；Bottini等用气-质联用在Azospirillum培养物中检测到含有赤霉酸和异赤霉酸；沈德龙从水稻植株中分离的内生成团肠杆菌YS19可以分泌4种激素，分别是生长素、脱落酸、赤霉素和细胞分裂素；研究发现，水稻根际的粪产碱菌(A.faecalis)能产生赤霉素、生长素及玉米素，不仅能促进水稻根系生长发育，并能刺激水稻根的分泌作用。合成生物活性物质根际土壤微生物在有机质矿化、腐殖质的形成和分解、植物营养元素的转化等过程中起着不可替代的作用。根际土壤微生物作为土壤微生物的一部分，也是生态系统中C、N、P、K等元素的转换因子和重要库源。Singh等研究表明，在营养贫乏的系统中,微生物生物量起着营养贮蓄库的作用,并且调节着对植物养分的供应。微生物活动能加快土壤中有机磷、有机氮的分解及其它矿质元素的活化，从而提高了养分的有效性。根际土壤中的含有的硅酸盐细菌具有促进土壤中含磷、钾矿物的不溶性磷、钾向作物能吸收的可溶性磷、钾转化，有利于提高养分利用率，对农作物的生长发育有促进作用。改善土壤养分郭勋斌等研究发现，施用硅酸盐细菌制剂能限制水稻前期无效分蘖的生长和基部节间的伸长，促进后期植株上部功能叶片生长，提高植株光合效率积累更多的光合产物。硅酸盐细菌制剂处理的水稻株高比对照高3.5cm；每穗总粒数平均比对照增加4.5粒；每穗实粒数增加3.1粒；千粒重增加0.4g；增产稻谷30.9kg/亩，增产率6.96%。菌根真菌与植物之间建立相互有利、互为条件的生理整体。菌根真菌对植物的作用主要有：扩大宿主植物根系的吸收面积、增加宿主植物对磷及其它营养的吸收和提高植物的抗逆性等。菌根促进生长的主要原因是对宿主植物磷营养水平的改善,其机制在于根上菌丝对土壤磷的高效吸收和利用。4.2菌根对植物生长的影响Sander等证明,菌根吸磷的速率为根毛的六倍。以三叶草为供试植物，在低磷土壤中接种菌种,结果发现外生菌丝吸收的磷可占宿主植物吸磷总量的90%。郑伟文等以翼豆为供试材料，接种菌根菌后,显著增加了翼豆的结瘤数、鲜瘤重、固氮酶活性和固氮量并明显提高了翼豆植株的生物量和根部含磷量。因此,菌根能在一定程度上改善植物的营养状况。许多研究表明,植物感染菌根后可以提高宿主的抗旱性、抗盐碱及酸性、抗极端温度、湿度和pH值、抗重金属毒害等能力，提高宿主植物在这些不利环境条件下的生存能力。4.3根际土壤微生物对植物的生物防治作用根际微生物是土壤微生物的一部分，它可以在植物根上定殖并促进植物的生长，并且现在已经作为关键的生防因子，用于防治有害真菌、细菌、病毒引起的病害。根际微生物的生物防治机制主要有以下4种：4.3.1拮抗作用4.3.2竞争作用4.3.3产生嗜铁素4.3.4诱导系统抗性拮抗作用主要指两种或两种以上的微生物共同生长时,一种微生物在同化作用中产生某种或某几种特异的次生代谢产物(如抗菌素等)，改变其微环境，从而抑制甚至杀死另一种微生物的现象。产生的抗菌物质主要通过溶解细胞壁或细胞膜，造成原生质泄漏使菌丝断裂或畸形，同时抑制孢子萌发。有些抗菌物质还能在植物的根部形成一层生物膜，该膜能保护植物根部免受病原菌的入侵。结构不同的抗菌物质抑菌机理也不同，而某些菌株同时分泌的多种结构相似的抗菌物质还表现协同的抑菌效果。拮抗作用竞争作用也是是生防微生物发挥作用的重要机制之一。竞争作用包括营养物质的竞争，物理位点、生态位点的抢占以及氧气的竞争。有益微生物在植物根际、体表或体内及土壤中快速、大量繁衍和定殖,有效地排斥、阻止和干扰植物病原微生物在植物上的定殖与侵染,从而达到抑菌控病效果。营养竞争只在少数菌株中发现,这些菌株可在营养条件好的植物口和温湿度适宜、比较隐蔽的、微环境相对稳定的叶面凹陷处、绒毛基部等定殖,表现出较强的竞争能力。竞争作用许多根际有益微生物能够在土壤铁的生物有效性下降时自身合成并且分泌嗜铁素，释放到土壤中的嗜铁素通过配合基的螯合反应，使难溶性的铁得以释放出来，并且形成螯合物，从而增加了土壤中铁的生物有效性，并以特异的转动系统将铁转移到体内，满足微生物自身的生长需要，从而使环境中的铁浓度被降低，这样病原微生物由于缺乏铁而不能生长繁殖，最终导致致病性下降。产生嗜铁素诱导系统抗性就是采用非亲和性的病原物或其它因素诱导植物产生抗性。生防微生物不但能抑制植物病原菌，而且能通过诱发植物自身抗病机制从而增强植物的抗病性能，即诱导植物抗病性作用，是生防菌发挥生防作用的一个重要方面。诱导系统抗性国内外研究表明，有些根际微生物可以诱导一些农作物如大豆、康乃馨、黄瓜、萝卜、烟草、西红柿和拟南芥产生系统抗病性，抵制多种病原菌。BacillussubtilisFZB24(r)产生与植物抗性蛋白合成基因表达相关的信号蛋白，诱导植物抗性，也通过分泌相关蛋白如丝氨酸专性肽链内切酶(Serinespecificendopeptidases)直接诱导植物抗性。BacillussubtilisIN937也能诱导黄瓜对Erwiniatracheiphila的抗性，水稻纹枯病生防菌B2916能诱导水稻叶鞘细胞PAL、PO、PPO和SOD活性增强，Tang等研究也发现BacillussubtilisB3能诱导小麦PO活性的增加并产生新的PO当前研究存在的问题目前关于土壤微生物与水稻优质高产高效之间关系的研究不多，现有研究表明土壤微生物能够提高土壤肥力、提高水稻肥料利用率、促进水稻生长和增强水稻病虫害抗性，并没有对土壤微生物与水稻优质高产高效之间的关系进行更深入系统地研究。微生物是怎么样影响水稻生长发育？土壤微生物和根际微生物影响水稻生长的生理机制以及分子机制是什么？这些问题都是需要我们去解答的。论文拟解决的问题本论文拟通过对水稻土壤微生物与土壤肥力关系、根际微生物在水稻根部的定殖特性、施肥方式对根际土壤微生物以及根际土壤微生物对水稻生长发育及产量的影响等几个方面的研究，系统研究土壤微生物与水稻优质高产高效之间的关系并力图阐明其产生影响的生理机制。二研究内容及预期结果1.研究内容2.预期结果研究内容稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系13水稻根际与根内微生物定殖特性4根际微生物对水稻生长发育的影响2施肥方式对土壤微生物的影响预期结果阐明土壤微生物与稻田土壤肥力之间的关系找出土壤微生物在水稻根部定殖的规律阐明土壤微生物促进水稻优质高产的生理机理在A类核心期刊以上发表研究论文2篇以上三.试验设计和研究方法--稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系试验设计：在南昌市附近的进贤县、南昌县以及江西农大科技园等地，分不同种类不同肥力进行耕作层（0~15cm）取土（见表1），每种类型取土20份，装好带回学校，称取其中200g左右土壤鲜样，于4℃冰箱保存用于微生物测定。余下的土样处理后进行养分和土壤酶活分析。表1不同土壤类型的编号不同类型母质类型肥力状况编号1红壤(HR)肥沃（I）HR-I-(1~20)2中等(II)HR-II-(1~20)3贫瘠(III)HR-III-(1~20)4河流冲积土(CJ)肥沃（I）CJ-I-(1~20)5中等(II)CJ-II-(1~20)6贫瘠(III)CJ-III-(1~20)7湖田土(HT)肥沃（I）HT-I-(1~20)8中等(II)HT-II-(1~20)9贫瘠(III)HT-III-(1~20)微生物特性分析养分分析酶学分析1.微生物数量和种类分析2.微生物生理类群分析3.微生物C.N.P的分析1.有机质分析2.全氮分析3.碱解氮分析4.有效磷分析5.速效钾分析1.蔗糖酶分析2.脲酶分析3.磷酸酶分析4.过氧化氢酶分析水稻土三.试验设计和研究方法--稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系1微生物特性分析1.1微生物数量和种类分析采用平板计数法测定三大类群微生物数量。1.2微生物生理类群分析采用稀释法（最大可能数法）测定不同生理类群微生物的数量。1.3微生物C.N.P的分析液氯熏蒸浸提-水浴法提取测定土壤中的微生物碳、微生物氮、微生物磷。三.试验设计和研究方法--稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系2土壤养分测定2.1有机质的测定采用高温外加热重铬酸钾氧化法—容量法2.2全氮分析——凯氏定氮法2.3水解性氮的测定——碱解扩散法2.4磷的测定——钼锑抗比色法2.5速效钾的测定采用乙酸铵提取--火焰光度计法三.试验设计和研究方法--稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系三.试验设计和研究方法--稻田土壤微生物特征与土壤肥力的关系2.土壤酶活分析2.1蔗糖酶活性测定用3,5-二硝基水杨酸比色法测定2.2磷酸酶活性测定用磷酸苯二钠（4-氨基安替比林）比色法测定2.3脲酶活性活性测定苯酚-次氯酸钠比色法三.试验设计研究方法--施肥方式对土壤微生物以及土壤肥力的的影响试验设计：在农学院施肥方式长期定位试验田进行取样，每个处理区用五点法区耕作层（0~15cm）土样进行土壤养分、微生物数量、微生物生理类群、土壤酶活的测定。各项指标测定方法按照第一章的方法进行。试验设计：本试验拟从水稻品种、施肥方式、土壤肥力等三个方面来设计盆栽试验。在不同的品种、施肥方式以及土壤肥力下，分不同时期取样，测定水稻根际微生物以及根内微生物的数量和种类，总结出微生物在水稻根际和根内的定殖规律。主要研究内容：1不同品种对微生物在水稻根际定殖的影响1.1不同