太湖流域水稻土壤微生物区系及分子生态研究

【摘要】：水稻土是我国很重要的一类农业耕作土壤。土壤微生物不仅是水稻土壤生态系统的重要组成部分，而且也是土壤肥力的重要指标，它们参与了土壤结构的形成和改良，碳素转化等重要过程。一般研究土壤微生物都是采用传统的分离培养或测定代谢活力的方法。然而，目前自然环境中的微生物有90％～99％还未能培养，为了克服这一缺点，分子生物学技术尤其是16S rDNA分析的方法被引入到土壤微生物群落结构的分析中。 本研究以太湖流域水稻土为研究对象，综合运用稀释平板计数法、土壤酶活测定和扩增核糖体DNA限制性分析的方法，分析了水稻土壤中的微生物活性及其群落结构。 为了研究水稻土和非水稻土中微生物区系的差别，使用稀释平板计数法分析了太湖周围四处水稻土及其对照土中的细菌、兼性厌氧细菌、放线菌和真菌的数量。结果发现，在两种土壤中，各类微生物数量都随土层深度的增加而减少，相对于对照土来说，水稻土在淹水时，厌氧细菌特别是兼性厌氧细菌数量增加，放线菌、真菌数量减少。为了研究水稻土和非水稻土中微生物活性的差别，测定了两种土壤中过氧化氢酶和纤维素酶的活性。结果发现，在两种土壤中，过氧化氢酶活性都随土层深度增加而增强，纤维素酶活性都随土层深度增加而降低，但水稻土壤中两种酶的活性均高于对照土。经相关性分析发现，两种土壤中过氧化氢酶活性和纤维素酶活性都与土壤含水量和pH值相关，在水稻土中，过氧化氢酶活性与放线菌和真菌数量相关，纤维素酶活性和兼性厌氧细菌数量相关，在对照土中，过氧化氢酶活性与兼性厌氧细菌和真菌数量都相关。选择五种土壤微生物总DNA提取方法从水稻土中提取总DNA，并对提取DNA的质量和数量进行了比较，结果发现五种方法都可以从土壤中提取出大于48kb的DNA片段，土壤总DNA都不需要纯化就可以用于PCR反应，其中，Bourrain法和Martin-Laurent法可以较快地提取出DNA，Martin-Laurent法提取的DNA的量最多，Tiedie法和Janssen法提取的DNA片段最大，Janssen法提取的DNA纯度最高，Reddy法提取的DNA的完整性和PCR扩增效果最好。为了研究水稻土施加秸秆对微生物群落结构的影响，构建了化肥区和秸秆区两个土壤微生物16S rDNA克隆文库，并进行限制性片段长度多态性分析。经多样性分析发现，秸秆区土壤细菌的种类比化肥区多，而化肥区各类细菌个体分布比秸秆区要均匀，但总体多样性仍然是秸秆区大