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新一代高通量测序技术研究土壤微生物群落结构对环境条件的响应

张彩霞  
【摘要】:微生物是土壤的重要组成,在土壤营养元素良性循环及土壤质量保育等方面发挥着重要作用。目前人为活动干扰下开展的土壤微生物多样性变化规律的研究较多,但大多数研究采用传统的分子指纹图谱技术,分辨率较低,无法准确反映环境条件对数量上不占优势的功能微生物的影响。本文主要利用新一代454高通量测序技术,以16S rRNA gene为分子标靶,研究了原位条件下土地利用类型转化对土壤微生物群落结构的影响,不同海拔高度土壤微生物群落结构的变化规律,以及不同土地利用类型和海拔高度对土壤硝化微生物的影响规律;同时利用新一代454高通量测序技术研究了稳定性同位素技术(SIP)培养28天后在13CO2和13CO2+C2H2处理中土壤硝化微生物的变化规律。主要研究结果如下: (1)原始天然荒漠土壤经过土地利用类型的转变后,即在天然荒漠土壤转变为100年老农田、27年新农田、33年樟子松林、28年杨树林以及21年梭梭林后。研究发现:在原始天然荒漠土壤中占微生物总量4.37%的土壤微生物生长被抑制;相反,促进了在原始天然荒漠土壤中微生物总量4.37%微生物的生长,土地利用类型的变化是造成微生物群落结构变化的最主要的原因。 (2)以山前典型戈壁荒漠土壤(海拔1900m)为对照,研究祁连山土壤随海拔高度的升高过程中土壤微生物群落结构的变化规律。研究发现:在祁连山不同海拔高度的土壤中(2700m、2800m、2900m、3500m和3700m)占主导地位的微生物是变形菌门、放线菌门和酸杆菌门,在1900m的对照土壤中占主导地位的微生物是变形菌门、放线菌门和厚壁菌门;与海拔相关的土壤性质的变化是影响祁连山土壤微生物结构变化的主要因素。 同时,对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的研究发现,祁连山土壤氮循环中起主导的微生物也受与海拔相关的土壤理化性质的影响。在祁连山不同海拔高度的土壤中,AOA的丰度均高于AOB,且随着海拔高度的升高AOA在氨氧化微生物中的相对丰度逐渐降低,AOB在氨氧化微生物中的相对丰度逐渐升高。 (3)以封丘潮土DNA-SIP培养28天后13CO2和13CO2+C2H2处理分层DNA样品为研究对象,采用454高通量测序技术,以16S rRNA gene为分子标靶,研究在封丘潮土中氨氧化作用机制。发现在封丘潮土的氨氧化作用中起驱动作用的氨氧化微生物是AOB和亚硝酸氧化菌(NOB),且AOA在封丘潮土氨氧化作用的过程中起了辅助性作用。


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