论文部分内容阅读
土壤微生物在水平空间、垂直剖面和时间序列上的演变规律是微生物生物地理学研究的核心内容，对土壤生态系统功能有重要影响，并受各种自然和人为因素的驱动。由于土壤微生物个体微小、数量巨大和种类繁多，加之土壤微域环境的高度变异性，土壤微生物时空演变方面的研究十分薄弱，已有的研究结果也不尽相同，因而急需深入开展土壤微生物生物地理学方面的相关研究。本文采集浙东不同围垦年限农田土壤和皖南稻田土壤作为试验材料，采用Illumina MiSeq测序方法研究不同围垦年限农田土壤细菌群落多样性及其时空演变规律，通过qPCR和PCR-RFLP方法阐明稻田土壤不同剖面固碳微生物群落结构及其多样性，结合土壤理化性质分析揭示驱动土壤微生物多样性的环境因子。论文主要研究结果如下:
浙东慈溪市11个不同围垦年限采样带共采集51个土壤样品，土壤理化性质的测定分析表明，土壤有机质、全氮、碱解氮和pH与土壤围垦年限呈显著的相关性，其中有机质(R2=0.7415)、全氮(R2=0.7758)和碱解氮(R2=0.6932)含量随着围垦年限的延长而增加，土壤pH(R2=0.6277)随围垦年限的延长而逐渐降低。采用IlluminaMiSeq穷法对土壤细菌16S rDNA（V3V4区）进行了高通量测序，总计获得168万条优质序列，平均长度为466bp。在Cutoff为0.03的水平上进行了OTU分类，共获得10874个OTU类型。进一步的分析表明，围垦土壤细菌群落多样性显著高于滩涂土壤，不同围垦年限与土壤细菌群落多样性指数、丰度指数没有显著的相关性。lB多样性研究发现土壤是否围垦是区分土壤细菌群落结构的主要因素，围垦年限对土壤细菌群落分布有一定的影响，且围垦年限接近的土壤细菌群落更加相似。细菌群落组成系统发育分析表明Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Actinobacteria、Chloroflexi、Nitrospirae、Gemmatimonadetes、Thaumarchaeota、Verrucomicrobia为主要的微生物类群，土壤中Chloroflexi和Nitrospirae门，Ktedonobacteria和Thermomicrobia纲，以及Rosetflexus和Nitrospira属的相对丰度可作为衰征土壤围垦年限微生物学指栎。对土壤细菌群落组成与环境因子之间的相关性分析发现，土壤电导率、pH、有机质、全氮、速效钾是影响土壤细菌群落的重要理化指标，且土壤细菌群落组成间的相似性随地理距离的增大而逐渐降低。
皖南广德县共采集5个农田土壤的3个剖面层共计15个土壤样品，采用qPCR和PCR-RFLP方法研究了固碳微生物cbbM、cbbL和coxL基因拷贝数和多样性。荧光定量结果表明，固碳微生物cbbM基因在各土壤样品的拷贝数介于0.62×108拷贝.g-1干土和9.80×108拷贝.g-1干土，且其数量随土壤剖面深度的增加呈先降低后增高的趋势，与Thiobacillus、Sulfuritalea和Rhodopseudomonas的分布有关。PCR-RFLP结果表明cbbM基因多样性指数随土壤剖面深度的增加呈先降低后增加的趋势，而丰度指数逐渐降低。α-proteobacteria和β/γ-proteobacteria为克隆文库中的两大优势类群，Thiobacillus、Sulfuritalea、Rhodopseudomonas、Magnetospirillum为优势菌属。
固碳微生物cbbL基因荧光定量结果表明，cbbL green-like基因拷贝数从0.97×107拷贝g-1干土到2.10×107拷贝.g-1干土，且随土壤剖面深度增加而降低。cbbL red-like基因拷贝数从5.84×109拷贝.g-1干土到10.50×l09拷贝.g-1干土，也随土壤剖面深度增加而降低，较cbbL green-like基因拷贝数量高两个数量级左右。PCR-RFLP结果表明，cbbL green-like的多样性随剖面深度增加而降低，而cbbL red-like的多样性没有类似的规律。J3多样性分析发现土壤剖面层是影响cbbL green-like基因型微生物分布的主要因素，土壤类型和地上植被对cbbL green-like基因多样性有一定的影响。α-proteobacteria、α/γ-proteobacteria、β/γ-proteobacteria为cbbL green-like基因型固碳微生物的主要类群，Sideroxydans lithotrophicus为主要菌属。Rubrivivax、Methulibium、Rhizobium、Alcaligenes、Bradvrhizobium、Burkhllderia为cbbL red-like基因型固碳微生物的主要菌属。
实时定量PCR显示，coxL基因在不同剖面土壤中的数量从0.42×108拷贝g-1干土到5.79×108拷贝g-1，且随土壤剖面深度的增加呈现先下降后上升的趋势，a-proteobacteria、Deinococcus-Thermus和δ-proteobacteria是不同土壤剖面层的主要微生物类群。PCR-RFLP结果表明，coxL基因多样性指数在不同土壤剖面存在明显差别。β多样性分析发现土壤剖面层和土壤类型是影响coxL基因型微生物分布的主要因素，且耕作层和犁底层的CO氧化细菌群落相似度较高，渗育层与其它两层的相似度较低。系统发育分析发现α-proteobacteria、β/γ-proteobacteria、δ-proteobacteria、Bacteroidetes、Deinococcus-Thermus、Actinobacteria cluster1和Actinobacteria cluster2为coxL基因型微生物的主要类群，其中α-proteobacteria为优势类群。在属的分类水平上，Bradyrhfzobium(6.6％～48.1％)为优势菌属。
浙东慈溪市11个不同围垦年限采样带共采集51个土壤样品，土壤理化性质的测定分析表明，土壤有机质、全氮、碱解氮和pH与土壤围垦年限呈显著的相关性，其中有机质(R2=0.7415)、全氮(R2=0.7758)和碱解氮(R2=0.6932)含量随着围垦年限的延长而增加，土壤pH(R2=0.6277)随围垦年限的延长而逐渐降低。采用IlluminaMiSeq穷法对土壤细菌16S rDNA（V3V4区）进行了高通量测序，总计获得168万条优质序列，平均长度为466bp。在Cutoff为0.03的水平上进行了OTU分类，共获得10874个OTU类型。进一步的分析表明，围垦土壤细菌群落多样性显著高于滩涂土壤，不同围垦年限与土壤细菌群落多样性指数、丰度指数没有显著的相关性。lB多样性研究发现土壤是否围垦是区分土壤细菌群落结构的主要因素，围垦年限对土壤细菌群落分布有一定的影响，且围垦年限接近的土壤细菌群落更加相似。细菌群落组成系统发育分析表明Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Actinobacteria、Chloroflexi、Nitrospirae、Gemmatimonadetes、Thaumarchaeota、Verrucomicrobia为主要的微生物类群，土壤中Chloroflexi和Nitrospirae门，Ktedonobacteria和Thermomicrobia纲，以及Rosetflexus和Nitrospira属的相对丰度可作为衰征土壤围垦年限微生物学指栎。对土壤细菌群落组成与环境因子之间的相关性分析发现，土壤电导率、pH、有机质、全氮、速效钾是影响土壤细菌群落的重要理化指标，且土壤细菌群落组成间的相似性随地理距离的增大而逐渐降低。
皖南广德县共采集5个农田土壤的3个剖面层共计15个土壤样品，采用qPCR和PCR-RFLP方法研究了固碳微生物cbbM、cbbL和coxL基因拷贝数和多样性。荧光定量结果表明，固碳微生物cbbM基因在各土壤样品的拷贝数介于0.62×108拷贝.g-1干土和9.80×108拷贝.g-1干土，且其数量随土壤剖面深度的增加呈先降低后增高的趋势，与Thiobacillus、Sulfuritalea和Rhodopseudomonas的分布有关。PCR-RFLP结果表明cbbM基因多样性指数随土壤剖面深度的增加呈先降低后增加的趋势，而丰度指数逐渐降低。α-proteobacteria和β/γ-proteobacteria为克隆文库中的两大优势类群，Thiobacillus、Sulfuritalea、Rhodopseudomonas、Magnetospirillum为优势菌属。
固碳微生物cbbL基因荧光定量结果表明，cbbL green-like基因拷贝数从0.97×107拷贝g-1干土到2.10×107拷贝.g-1干土，且随土壤剖面深度增加而降低。cbbL red-like基因拷贝数从5.84×109拷贝.g-1干土到10.50×l09拷贝.g-1干土，也随土壤剖面深度增加而降低，较cbbL green-like基因拷贝数量高两个数量级左右。PCR-RFLP结果表明，cbbL green-like的多样性随剖面深度增加而降低，而cbbL red-like的多样性没有类似的规律。J3多样性分析发现土壤剖面层是影响cbbL green-like基因型微生物分布的主要因素，土壤类型和地上植被对cbbL green-like基因多样性有一定的影响。α-proteobacteria、α/γ-proteobacteria、β/γ-proteobacteria为cbbL green-like基因型固碳微生物的主要类群，Sideroxydans lithotrophicus为主要菌属。Rubrivivax、Methulibium、Rhizobium、Alcaligenes、Bradvrhizobium、Burkhllderia为cbbL red-like基因型固碳微生物的主要菌属。
实时定量PCR显示，coxL基因在不同剖面土壤中的数量从0.42×108拷贝g-1干土到5.79×108拷贝g-1，且随土壤剖面深度的增加呈现先下降后上升的趋势，a-proteobacteria、Deinococcus-Thermus和δ-proteobacteria是不同土壤剖面层的主要微生物类群。PCR-RFLP结果表明，coxL基因多样性指数在不同土壤剖面存在明显差别。β多样性分析发现土壤剖面层和土壤类型是影响coxL基因型微生物分布的主要因素，且耕作层和犁底层的CO氧化细菌群落相似度较高，渗育层与其它两层的相似度较低。系统发育分析发现α-proteobacteria、β/γ-proteobacteria、δ-proteobacteria、Bacteroidetes、Deinococcus-Thermus、Actinobacteria cluster1和Actinobacteria cluster2为coxL基因型微生物的主要类群，其中α-proteobacteria为优势类群。在属的分类水平上，Bradyrhfzobium(6.6％～48.1％)为优势菌属。