云南省农田土壤微生物多样性的分布格局及其驱动机制

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rockyliangchao
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土壤微生物是陆地生态系统不可或缺的组分,在维持生态系统健康等方面发挥着极为重要的作用。高通量测序等技术的发展和应用大幅提升了我们对土壤微生物多样性分布模式及其驱动机制的解析能力,相关研究已成为环境微生物学领域的热门研究方向之一。尽管云南是世界著名的生物多样性热点区域,但该区域土壤微生物多样性的研究仍远落后于其它生物类群,有关该区域土壤微生物多样性的分布格局及其驱动机制的认识仍存在较大空缺。基于此,本论文在云南地区系统开展了土壤微生物多样性分布格局与驱动机制的研究。在综合考量生态系统典型性、空间均匀性及可达性的基础上,系统采集了云南地区117个地点的农田土壤样品。基于16S r RNA基因及内转录间隔区(ITS)的扩增子高通量测序、实时荧光定量PCR、土壤理化性质分析、气候信息收集,及零模型分析等手段,揭示了云南省土壤微生物多度及多样性的分布格局,明晰了云南省农田土壤微生物多样性的主要维持机制,主要发现如下所述。(1)云南农田土壤原核生物和真菌的多样性极高,原核生物的操纵分类单元(OTU)高达27 000余个,真菌的OTU数也超过34 000。该区域表层和亚表层土壤的原核生物和真菌的群落组成与α多样性较为相似,但原核生物和真菌的多度和α多样性呈现出不同的分布格局。具体而言,滇东南地区的原核生物多度较高,滇西和滇中地区的原核生物多度较低;真菌多度则呈现出楚雄和昆明的北部以及文山南部较高,而滇西南地区较低的分布格局。原核生物和真菌物种丰富度和香农多样性也呈现出不同的分布格局:原核生物丰富度和香农多样性在滇东北和滇西北地区较高,但在滇中、滇西南和滇东南地区较低;真菌丰富度和香农多样性则表现出在滇东南和滇西南地区较高,在滇西北和滇东北较低的分布格局。功能预测的结果表明云南地区分布着较多的镰刀均属致病菌,该致病菌能侵染多种植物从而导致植物病害,因此在农田耕作过程中需要加强对植物病原菌的防治。(2)多种环境因子与土壤微生物多度和α多样性表现出显著的相关性。土壤湿度及年均温与原核生物丰富度及香农多样性呈现出显著的正相关,而p H、土壤养分含量以及土壤质地与真菌丰富度和香农多样性的相关性较强。土壤微生物群落组成与年均温、p H、年均降水量、海拔和含水量等环境因子呈现出显著相关性。其中,p H和年均温分别与土壤原核生物和真菌的群落结构表现出最强的相关性。(3)基于i CAMP算法的零模型分析发现,扩散限制和同质选择是云南地区土壤微生物群落构建的主要驱动过程。然而,不同微生物类群的子群落构建机制均存在显著的差异。例如,同质选择在泉古菌门的群落构建过程中的作用强度约为70%,但在放线菌门、芽单胞菌门和浮霉菌门中的作用强度仅约为10%。漂变和扩散限制共同主导着Aphelidiomycota、罗兹菌门和毛菌门子类群的构建,且两者的作用强度相近,被孢菌门子群落构建则主要由同质选择主导。驱动不同微生物类群子群落构建的环境因子也表现出了显著的差异:年均温和年均降水量是驱动真菌构建过程的主要环境因子,而土壤p H是驱动原核生物群落构建过程的主要环境因子。不同微生物类群的群落构建机制差异与各类群的生态位、相对多度、出现频率以及物种分布均匀度显著相关。生态位越宽、出现频率越高的微生物子群落构建越容易受均质扩散和漂变的影响,而不易受异质选择和扩散限制的影响。本论文的研究成果不仅为云南地区农业生态系统管理策略的制定提供科学依据,还可为区域尺度微生物多样性维持机制的深入解析提供参考。
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