毛乌素沙地不同恢复年限植被土壤微生物多样性及两株细菌新种的多相分类鉴定

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毛乌素沙地是我国荒漠化较为严重的地区之一,多年来当地先后实施了一系列生态恢复与植被建设的巨大工程,并取得了客观的成效。为了解毛乌素植被重建沙地土壤微生物群落结构分布及变化规律,本研究选取于1960、1985和1995年飞播种植的三种不同类型的典型植被根际土壤和未治理的流沙地为研究对象。基于土壤生态系统的组成要素:植被、土壤和微生物群落,通过稀释平板计数法和高通量测序技术,对不同植被恢复类型土壤微生物群落结构和土壤理化性质进行研究,探究不同植被类型根际土壤间以及植被根际土壤与流沙地间微生物群落的分布差异,并分析造成差异的主要因素。从而揭示植被恢复对微生物物种和群落多样性以及地上—地下生物群落相互作用的影响机制。本研究的主要结果如下:基于传统的分离技术法,对毛乌素沙地不同恢复年限植被根际土壤中细菌、放线菌和真菌三大类微生物数量分布的研究发现:与流沙地相比,植被恢复可以显著增加土壤微生物的数量;且各类微生物的数量分布呈现细菌>放线菌>真菌。不同植被恢复类型对微生物数量分布的影响为灌木>草木>乔木>流沙地,且灌木的微生物量显著高于其他两种植被。不同垂直深度对微生物分布影响整体呈现随土层深度的增加而递减趋势,尤其在0-5 cm内各类微生物的数量远大于低层次的数量分布。不同恢复年限对土壤微生物数量变化受植被类型的影响。对不同分层微生物数量的变化趋势与各分层优势菌群物种类型及相对含量的研究表明,灌木根迹土壤微生物的丰度和多样性均较高。基于高通量测序分析发现,与流沙地相比,植被恢复对土壤细菌群落结构的丰度和多样性均产生了正效应。其中灌木表现出更高的细菌群落丰度、均匀度和多样性,但不同的植被类型细菌群落丰度的差异不显著。垂直深度对土壤细菌的多样性影响较大,随着深度增加丰度逐渐降低;而多样性受植被类型和生长年限的影响,但整体表现出0-5cm>10-20 cm>5-10 cm>20-30 cm。生长年限对细菌群落丰度无显著影响,对多样性影响呈现随植被生长年限增加而增加,但差异性不显著。样本中细菌群落在门分类水平,厚壁菌门、放线菌门、变形菌门、酸杆菌门以及芽单胞菌门为优势菌群,其总相对丰度达到90%。植被恢复土壤与流沙地中各优势菌群的相对含量有所差异,其中流沙地含量最高菌群为厚壁菌门,植被恢复土壤为变形菌门。在门分类水平对不同的恢复植被聚类分析发现,灌木和乔木细菌群落结构相似度较高,且多样性高于流沙地。在属分类水平对不同的恢复植被聚类分析发现,流沙地中细菌类群种类较为单一,而植被恢复中细菌类群丰富且多样,且灌木的细菌丰度及多样性明显高于乔木和草木。土壤中的脲酶、碱性磷酸酶、pH、有机碳和有机质是影响土壤细菌群落丰度和多样性的主要理化因子,且pH与细菌多样性有显著负相关关系。综上,可以推断出灌木为当地的优势物种。通过对从毛乌素沙地土壤中微生物的分离鉴定,一共分离得到126株可培养细菌,对菌株16S rRNA基因序列的分析发现所有菌株分为4个细菌门,28个属,其中有两株潜在的新种。通过对表型、生理生化特征、化学分类学、基因型以及系统发育等分析,菌株YL28-9T被鉴定为Pedobacter属的一个新种,命名为Pedobacter yulinensis sp.nov。
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