基于磷脂脂肪酸（PLFA）分析技术的土壤微生物群落结构多样性的研究
【摘要】：
土壤微生物是生态系统的分解者，对于维持生态系统的平衡起着至关重要的作用。然而由于土壤微生物种类的多样性、数量的庞大性和土壤环境的复杂性，人们对于土壤微生物的认识还非常有限。本论文以磷脂脂肪酸(PLFA)技术为切入点，以土壤微生物群落结构为主线，探讨了土壤微生物群落的分布规律，及其多样性对于生态功能的影响，获得以下主要成果：
(1)在国内首次确定了应用PLFA技术对土壤纯培养细菌菌株鉴定的方法和土壤PLFA的提取测定方法，并分别对这两种试验方法的试验条件进行了优化。
(2)采集了我国东部自北而南的14个典型地带性土壤，对土壤微生物PLFAs进行了提取和测定。首次发现我国地带性土壤中微生物如同动植物一样，具有地带性分布规律，表现在北方温带土壤中含有较多的革兰氏阳性菌PLFAs，而南方热带及亚热带土壤中真菌和革兰氏阴性菌PLFAs含量较高，年降水量和土壤pH为影响微生物地带性分布的最主要因子。
(3)以黑龙江黑土、江苏黄棕壤和广西红壤为对象，研究了温度和水分对土壤微生物生物量和群落结构分布的影响，结果表明，土壤微生物对于温度的响应与采样地气候条件有关，表现在黑土土壤微生物群落结构对较高温度(35℃)的响应明显，而红壤中微生物群落结构的变化不大；在40-80％WHC水分范围内，土壤微生物生物量和群落结构没有明显变化。
(4)采集了英国洛桑研究所Highfield长期定位试验上具有约60年不同管理措施的休闲地、农耕地和草地土壤，研究了这三种土壤对于两种不同类型底物(较容易被利用的酵母菌提取物和较难被利用的黑麦草粉末)的矿化作用及土壤微生物生物量和群落结构的变化。结果表明，三种长期不同管理措施的土壤在微生物生物量和群落结构上有显著差异，但外源添加的底物在这些土壤中的矿化以及相对应的土壤微生物生物量的响应差异不大。土壤有机质的矿化主要取决于底物类型。土壤微生物生物量和群落结构与土壤微生物代谢土壤有机质的生态功能并没有直接联系。
(5)以Highfield的农耕地和草地土壤为研究对象，采用DNA-DGGE技术研究了氯仿熏蒸作用对于土壤微生物的影响。结果表明，氯仿熏蒸杀死大部分土壤微生物后，熏蒸土壤对土壤有机质的矿化能力并未减弱，土壤微生物生物量以外的其它因素影响土壤有机质的矿化；熏蒸土壤与仅含耐热孢子体筛选土壤具有相似的DNA-DGGE谱图，土壤微生物可能以孢子体形态在氯仿熏蒸中幸存。
【关键词】：磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术 DNA-DGGE分析技术 土壤微生物 群落结构 生态功能 地带性土壤 长期定位试验土壤
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S154.36
【目录】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S154.36
【目录】：
- 致谢7-8
- 摘要8-10
- ABSTRACT10-12
- 目次12-17
- 1 引言(绪论)17-38
- 1.1 土壤微生物群落结构和多样性的研究方法18-22
- 1.1.1 基于群落水平的生理学谱图分析(CLPP)18-19
- 1.1.2 磷脂脂肪酸技术(PLFA)19
- 1.1.3 基于PCR的核酸技术19-21
- 1.1.4 土壤微生物群落结构分析方法的比较21-22
- 1.2 磷脂脂肪酸技术的概述22-26
- 1.2.1 土壤微生物中的磷脂脂肪酸22
- 1.2.2 PLFA技术的发展史22-23
- 1.2.3 脂肪酸的命名法23-24
- 1.2.4 PLFA用于指示土壤微生物的群落结构24
- 1.2.5 测定脂肪酸成分的仪器设备24
- 1.2.6 PLFA分析中的主要统计学方法24-25
- 1.2.7 PLFA技术的优缺点25-26
- 1.3 土壤微生物群落结构与多样性的研究进展26-34
- 1.3.1 土壤是微生物赖以生存的栖息地27-28
- 1.3.2 土壤微生物的生物地理学分布规律28-32
- 1.3.3 土壤微生物群落结构和多样性研究——从分类学到特征学32-33
- 1.3.4 土壤微生物多样性的作用机理33-34
- 1.4 土壤微生物生物多样性与生态功能34-36
- 1.4.1 土壤微生物学和生物化学功能的测定34-35
- 1.4.2 土壤微生物生物多样性与功能35-36
- 1.5 论文研究目标和思路36-38
- 2 PLFA技术应用于土壤细菌鉴定的研究38-46
- 2.1 材料与方法39-41
- 2.1.1 材料39
- 2.1.2 实验方法39-41
- 2.2 结果与讨论41-45
- 2.2.1 MIDI Sherlock系统的细菌鉴定效果41-42
- 2.2.2 培养基对细菌鉴定结果的影响42-44
- 2.2.3 活化处理时间对细菌鉴定结果的影响44
- 2.2.4 取样区域对细菌鉴定结果的影响44-45
- 2.3 结论45-46
- 3 土壤中磷脂脂肪酸(PLFA)提取方法的研究46-61
- 3.1 材料与方法47-50
- 3.1.1 试剂和玻璃器皿47
- 3.1.2 土壤47-48
- 3.1.3 磷脂脂肪酸分析48-49
- 3.1.4 试验方法49
- 3.1.5 统计49-50
- 3.2 结果和讨论50-60
- 3.2.1 PLFAs在两次两小时振荡提取中的提取效率50-51
- 3.2.2 不同土样量对提取效率的影响51-56
- 3.2.3 自制柱的效果分析56-58
- 3.2.4 土样保存对于PLFAs的影响58-60
- 3.3 结论60-61
- 4 基于PLFA技术的我国东部地带性土壤中微生物群落结构分布规律的研究61-79
- 4.1 材料与方法62-65
- 4.1.1 土样62-63
- 4.1.2 磷脂脂肪酸分析63
- 4.1.3 微生物的生物标志63
- 4.1.4 统计分析63-65
- 4.2 结果65-73
- 4.2.1 土壤基本理化性状65
- 4.2.2 磷脂脂肪酸(PLFA)65-68
- 4.2.3 土壤微生物群落结构68-71
- 4.2.4 土壤微生物群落结构与土壤性状之间的相关关系71-73
- 4.3 讨论73-77
- 4.3.1 土壤微生物生物量沿纬度梯度的分布73-75
- 4.3.2 微生物群落结构75-77
- 4.4 结论77-79
- 5 培养温度对土壤微生物生物量和群落结构影响的研究79-91
- 5.1 材料与方法80-81
- 5.1.1 土壤80-81
- 5.1.2 培养过程81
- 5.1.3 各指标的分析方法81
- 5.1.4 统计分析81
- 5.2 结果81-86
- 5.2.1 培养结束时土壤有机碳的回收率81-82
- 5.2.2 土壤微生物生物量对培养温度的响应82-83
- 5.2.3 磷脂脂肪酸谱图的变化83-86
- 5.3 讨论86-90
- 5.4 结论90-91
- 6 水分作用对于土壤微生物生物量和群落结构的影响91-98
- 6.1 材料和方法93
- 6.1.1 土壤93
- 6.1.2 培养试验93
- 6.1.3 分析方法93
- 6.1.4 统计分析93
- 6.2 结果与讨论93-98
- 6.2.1 土壤微生物生物量的变化93-95
- 6.2.2 土壤微生物群落结构对于土壤含水量变化的响应95-98
- 7 土壤微生物生物量和群落结构对土壤外源添加有机质矿化影响的研究98-113
- 7.1 材料与方法99-100
- 7.1.1 供试土样99
- 7.1.2 添加底物99-100
- 7.1.3 恒温培养100
- 7.2 结果100-106
- 7.2.1 土壤的基本理化性状100-102
- 7.2.2 较易被利用(酵母菌提取物)和较难被利用(黑麦草)底物矿化所产生的二氧化碳102-104
- 7.2.3 添加酵母菌提取物和黑麦草后土壤微生物生物量C和ATP浓度的变化104-105
- 7.2.4 添加底物后土壤群落结构的变化105-106
- 7.3 讨论106-112
- 7.3.1 土壤特性106-109
- 7.3.2 酵母菌提取物和黑麦草在休闲地、农耕地和草地土壤中的矿化作用109-110
- 7.3.3 土样添加酵母菌提取物和黑麦草后土壤微生物生物量的变化110-112
- 7.3.4 土壤微生物群落结构的变化112
- 7.4 结论112-113
- 8 基于DNA-DGGE技术的氯仿熏蒸作用对于土壤微生物群落结构影响的研究113-124
- 8.1 材料与方法114-117
- 8.1.1 供试土样114
- 8.1.2 熏蒸土样的制备114-115
- 8.1.3 仅含耐热孢子体土样的制备115
- 8.1.4 培养试验115
- 8.1.5 DNA-DGGE技术115-117
- 8.2 结果117-122
- 8.2.1 氯仿熏蒸和耐热孢子体筛选处理对于土壤呼吸作用的影响117-118
- 8.2.2 氯仿熏蒸和热处理对于土壤微生物生物量的影响118-119
- 8.2.3 DNA-DGGE表征的土壤微生物群落结构119-122
- 8.3 讨论122-124
- 9 研究结论、创新点及展望124-128
- 9.1 研究结论124-126
- 9.1.1 PLFA分析技术应用于土壤细菌鉴定的研究124
- 9.1.2 土壤中PLFAs提取方法的研究124-125
- 9.1.3 基于PLFA分析技术的我国东部地带性土壤中微生物群落结构分布规律的研究125
- 9.1.4 土壤微生物群落结构对培养温度的响应研究125
- 9.1.5 水分作用对于土壤微生物生物量和群落结构的影响125
- 9.1.6 土壤微生物生物量和群落结构多样性对有机质矿化影响的研究125-126
- 9.1.7 基于DNA-DGGE技术的氯仿熏蒸作用对于土壤微生物群落结构的影响126
- 9.2 创新点126-127
- 9.3 不足之处及研究展望127-128
- 参考文献128-144
- 作者简历144-145
- 教育经历144
- 攻读学位期间发表的论文144-145
- 获奖情况及技能培训145
| 【引证文献】 | ||
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| 【参考文献】 | ||
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| 【共引文献】 | ||
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| 【同被引文献】 | ||
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| 【二级引证文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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