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本文选取沙坡头沙漠化人工恢复区和一碗泉沙漠化自然恢复区为研究区域,以不同固沙程度沙丘的结皮及结皮下土壤、柠条和油蒿的根际土壤为样品,通过培养方法及PCR-DGGE方法,结合土壤理化性质分析,对这一特殊区域土壤微生物分布特征及多样性的研究进行了研究,得出了以下主要结论:
1.沙漠化修复过程中,结皮层中微生物含量最高,同时表现出较好的碳、氮固定作用:可培养细菌数量与流动沙丘的固定程度有密切关系,随着植被恢复程度的加深,微生物数量呈现增长的趋势。另外,结皮中产色素菌所占比例较大,随土壤深度增加呈现降低趋势,随沙丘固定程度的加深而呈现降低趋势。
2.植物根际土壤中微生物数量较高。自冬季到夏季,植物的生长也表现出了对微生物数量及其多样性的抑制作用。
3、沙漠化修复过程中土壤微生物含量与pH值呈显著负相关关系,与土壤碳、氮含量呈显著正相关关系。微生物表现出较好的土壤改良作用。
4、自冬季到夏季,沙漠化修复过程中微生物在土壤50cm深度随固定程度生长率变化趋势呈降低趋势。这一生长变化趋势或许可以作为一种新的标准来评判沙漠化修复程度,其人工恢复区域中灌溉区和自然恢复区固定区域的72％的降低率或许可以作为一个标准。
5、通过对140个形态不同菌落进行酶切分析,共得到30株具代表性的菌株,通过测序、序列比对及系统发育树的构建,归类为18个属,分属于六个系统发育组:即高Cr+C革兰氏阳性类群(high G+C gram positive baeteda),低G+C革兰氏阳性类群(low G+C gram positive bacteria),α-变形菌(α-Proteobacteria),β-变形菌(β-Proteobacteria),γ-变形菌(γ-Proteobacteria)和CFB类群(CFBgroup baeteda)。其中α-变形菌(α-Proteobacteria)菌株多样性分布最广,共有6株可培养菌落归为该类群。夏季,可培养细菌的种类减少。γ-变形菌和CFB类群在夏季消失:α-变形菌及β-变形菌中种类减少:高G+C类群和低G+C类群未发生变化。冬季研究区域可培养细菌群落结构与冻土冷环境的群落结构相似,夏季与炎热的干旱区域的群落结构相似。研究区域微生物通过变化其群落结构来适应季节变化导致的环境条件变化。
6、所有分离纯化菌株作为研究区域特殊生物资源均已冷冻保存,建立了较为丰富的微生物资源库。其中,菌株sptzw31为为草螺菌属未鉴定新种,菌株sptzw28为类芽孢杆菌属未鉴定新种。
7、依据DGGE图谱,分析微生物多样性变化。结果显示,沙坡头沙漠化人工修复区域微生物多样性>一碗泉自然恢复区域>柠条及油蒿根际土壤。
8、DGGE结果显示,研究区域细菌属于10个发育类群:α-变形菌(α-Proteobacteria),β-变形菌(β-Proteobacteria),γ-变形菌(γ-Proteobacteria),低G+C革兰氏阳性类群(low G+C gram positive bacteria),高G+C类群(high G+Cgram positive bacteria),酸杆菌门(Acidobacteria),CFB类群(CFB group bacteria),绿弯菌门(Chloroflexi),蓝藻门(Cyanobacteria),硝化螺旋菌门(Nitrospirae)。其中绿弯菌门(Chloroflexi),蓝藻门(Cyanobacteria),硝化螺旋菌门(Nitrospirae)和酸杆菌门(Acidobacteria)为培养实验未检测到类群。与相似区域研究结构相对比,发现了相似环境下以变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)的细菌分布为主的群落结构特征,表明了沙漠化修复过程中微生物类群分布的主要结构。在人工修复区域,随深度的加深,CFB类群呈现降低趋势；γ变形菌变化不明显,其余各类群细菌均表现出增加趋势。在自然修复区域,在结皮下10cm处,α-变形菌,绿弯菌,硝化螺旋菌变现为降低趋势:β-变形菌,γ-变形菌,CFB类群,酸杆菌表现出增高趋势；蓝藻门,高G+C类群及低G+C类群表现出随深度的增高趋势。柠条及油蒿根际土壤中,细菌类群结构相似,同样以α-变形菌,CFB类群及酸杆菌为主。柠条根际土壤中α-变形菌含量>CFB类群>酸杆菌,油蒿根际土壤中CFB类群>α-变形菌含量>酸杆菌,表现出一定的差异性；同时其余各类群含量相近,表现出一定的相似性。
9、研究区域通过PCR-DGGE方法检测到古菌,在系统进化树上聚类为2大类群:广古菌门(Euryarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota),以广古菌门为主,分布具有较为严格的区域性。
10、研究区域真核微生物多样性较高,分属于7个类群,顶复动物门(Apicomplexa),纤毛门(Ciliophora),叶足门(Amoebozoa),子囊菌门(Ascomycota),担子菌门(Basidiomycota),球囊菌门(Glomeromycota)绿藻门(Chlorophyta)。