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本论文的核心内容是放牧对内蒙古草原土壤的细菌和甲烷氧化菌群落结构和多样性的影响。结合植物群落结构以及原位甲烷通量观测,我们初步探讨了放牧条件下微生物群落结构和植物群落结构之间的关系并进一步探讨了不同土地利用方式下甲烷氧化菌群落结构的变化和甲烷通量之间的关系。
选取了不同放牧强度处理的冷蒿-小禾草样地和围栏封育与自由放牧处理的羊草样地分别代表两种土地管理方式。其中,不同放牧强度样地选择四个处理:轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)以及对照(CK);羊草样地选择围封25年的样地(NG25)、围封5年的样地(NG5)和栏外自由放牧样地(FG)三个处理。每个样地的土壤基因组DNA分别提取三次,之后分别用细菌通用性引物、Ⅰ型和Ⅱ型甲烷氧化菌的16S rRNA特异引物和功能标记分子对土壤基因组DNA进行扩增,其中甲烷氧化菌的扩增采用巢式PCR,PCR产物进行变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析。DGGE图谱用多样性香农指数(H)和非米制多尺度坐标(MDS)两种方法进行处理。此外,对植物的地上生物量和原位的甲烷通量进行了测定。
得到的结果如下:
1、用液氮冻融法和蛋白珠法对内蒙古典型草原土壤基因组DNA的提取效率进行了比较,发现蛋白珠法比液氮冻融法更能反应实际的微生物群落结构和组成。以下结果都是基于蛋白珠法得到的基因组DNA的分析。
2、在不同放牧强度样地,轻度放牧和中度放牧条件下细菌群落结构显著不同于其他两个样地,对不同放牧强度下细菌群落结构、植物地上生物量和多样性的变化趋势进行比较,发现土壤细菌多样性的变化趋势和植物多样性变化趋势具有很好的一致性,但是和植物地上生物量并不一致。表明土壤中驱动细菌群落结构变化的因素可能是植物群落结构,而不是其地上生物量。
3、在羊草样地,细菌群落多样性在NG5样地显著高于NG25和FG两个样地,而NG25和FG样地之间没有显著差异。进一步对NG25和FG样地进行了克隆文库分析,分别选取NG25样地56个序列和FG样地55个序列进行测序,根据稀疏曲线,发现二个样地的细菌多样性确实没有显著差异。对所有的序列进行系统进化树分析,发现羊草样地土壤细菌分别属于六个的类群α-,β-,γ-,δ-Proteobacteria,Actinobacteria,Bacteroidetes,Acidobacteria,Gemmatinonadetes,Firmicutes,Unclassfied group。
4、在不同放牧强度样地,轻度放牧和中度放牧样地的Ⅱ型甲烷氧化菌群落结构显著不同于其他两个样地,而对照样地的Ⅰ型甲烷氧化菌群落结构显著不同于其他样地。虽然不同放牧强度对甲烷氧化菌群落结构有很大的影响,但是对甲烷通量却没有显著影响。甲烷通量是一个复杂的过程,在内蒙古草原,土地利用方式的改变导致的甲烷氧化菌群落结构的变化不能反应出原位甲烷通量的变化。
5、在羊草样地,NG25样地的甲烷氧化菌群落结构显著不同于其他两个样地,但是不同样地之间甲烷通量没有显著差异。甲烷氧化菌群落结构的变化和甲烷通量的变化并不一致。对DGGE主要的条带进行克隆测序,发现羊草样地主要的甲烷氧化菌类群是USCγ,这个类群被认为是氧化大气甲烷的主要作用者,这是首次发现在草原生态系统中甲烷氧化菌以这一类群为主。