论文部分内容阅读
自19世纪中叶以来,因大气二氧化碳浓度持续升高,全球正经历着以气候变暖为主要特征的生态环境变化。控制CO2气体排放是当前减缓和适应气候变化的首要措施。自养微生物可以通过多种途径固定CO2,是一支重要的固碳力量。研究农田土壤环境微生物固定CO2的分子生态学机理对于缓解全球气候变暖具有重要科学意义。本文选择南方免耕稻田不同发生层的土壤为研究材料,采用定量PCR和DNA-SIP技术,并结合IlluminaMiseq高通量测序技术分析稻田土壤不同发生层固定CO2自养细菌多样性,及其在CO2浓度升高条件下的变化规律。主要研究结果如下:荧光定量PCR结果显示,在70天的高浓度CO2(40 000ppm)持续培养周期内,不同发生层土壤16S rDNA数量在1010～1012拷贝数·每克干土之间,与CO2固定相关的marker基因拷贝数范围是105～109拷贝数·每克干土,呈现cbbLR>coxL>cbbM>cbbLG的规律,且各基因拷贝数都随着土壤深度增加而降低。此外,在整个培养周期内,功能基因拷贝数变异系数基本呈现中等变异性,表现出渗育层或犁底层>耕作层的规律。cbbM基因IlluminaMiseq高通量测序结果显示,FG和TF不同发生层土壤cbbM基因在不同培养时期内的多样性指数及其变异系数基本呈现耕作层>犁底层和渗育层的规律。OTU水平的VENN图显示,表层土壤比深层土壤具有更多的独有OTUs。OTU水平的主坐标分析和基于UniFrac的加权主坐标分析,以及基于属分类水平的主成分分析都表明,不同土壤发生层之间的固碳细菌群落结构差异较大。群落相似度分析表明,耕作层土壤受高浓度C02影响较小,而深层土壤,尤其是渗育层土壤受高浓度C02影响较大。FG和TF不同土壤发生层RubisCO Ⅱ型自养细菌类群主要属于α-/β-和γ-变形菌纲。FG 土壤耕作层优势固碳菌属为 Thiobacillus、Sulfuritalea、Acidihalobacter 和Magnetospirillum(相对丰度>5%);Sulfuricella、Thiocystis、Halothiobacillus 和Thiobacillus为犁底层和渗育层优势固碳细菌。TF 土壤耕作层以Thiobacillus、Thiocystis、Acidihalobacter、Sulfuritalea、Halothiobacillus 和 Rhodopseudomonas为主要优势固碳菌属;犁底层土壤以Halothiobacillus、Thiocystis、Sulfuricella、Thiobacillus 为主要优势固碳菌属;渗育层土壤以Magnetospirillum、Halothiobacillus和Thiocystis为主要优势固碳菌属。这些不同发生层土壤优势固碳菌大多属于化能自养菌,且多与硫氧化作用相关。采用13C-DNA-SIP技术与IlluminaMiseq高通量测序技术相结合的方法分析cbbM基因多样性,研究稻田土壤耕作层中活跃的固碳细菌类群。FG 土壤中活跃的RubisCOⅡ型自养微生物类群以 Thiobacillus(26.92%)、Sulfuritalea(22.13%)、Acidihalobacter(12.59%)、Thiohalospira(10.08%)、Halothiobacillus(2.08%)和 Acidithiobacillus(1.86%)为主。TF 土壤主要是Sulfuritalea(15.92%)、Thiohalospira(6.30%)、Acidihalobacter(3.41%)、Thiobacillus(1.21%)、Rhodovulum(1.06%)、Acidithiobacillus(1.01%)为优势类群。两种土壤优势菌属类群差异较大,但都以专性和兼性的硫氧化细菌为主。