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淹水土壤中反硝化菌和硝酸还原菌数量、生理类群及其还原特点的研究

陈丽敏  
【摘要】: 依据土壤的硝酸异化还原成铵(DNRA)的潜力不同,本文选用两个土 壤,一个来自扬州大学试验农场,DNRA潜力较小;一个来自澳大利亚, DNRA潜力较大。两个土壤的管理方式不同,前者实施水稻-小麦-清除秸秆 方式,后者实施水稻-秸秆覆盖-休闲方式。本文目的是比较两种土壤的硝酸 还原菌区系及其还原特点,试图说明影响DNRA过程的因素。 用系列稀释-杜哈姆发酵管-肉膏蛋白胨培养基(液体)-最或然数法测 定扬州土和Griffith土中硝酸还原菌和反硝化菌数量,计得两土壤中反硝化 菌分别占硝酸还原菌总数的13.6%和1.8%。这表明,在所有能够还原硝酸的 细菌中反硝化菌并不是数量最多的主导区系。 从厌氧条件下培养的平板中挑取全部菌落并纯化,然后逐一研究各菌株 还原硝酸的特点,统计分析两种土壤硝酸还原细菌的组成情况。结果表明, 扬州土和Griffith土在硝酸异化还原菌的组成上具有很大差别。扬州土中反 硝化菌和亚硝酸积累菌基本上各占一半,而DNRA菌几乎没有。与之相反, Griffith土中DNRA菌占到细菌总数的一半,而反硝化菌却极少,即扬州土中 反硝化菌比例(43.7%)高于Griffith土的比例(2.9%),这与倒置试管法测得的 两个土壤的反硝化比例呈相同趋势。 硝酸异化还原菌的组成与该两种土壤的DNRA能力是相吻合的,即 DNRA能力强的Griffith土壤其DNRA细菌比例较高。对这两种土壤中分离 出来的所有硝酸还原菌的初步鉴定发现,能够还原NO_3~-的细菌主要是芽孢 菌。扬州土和Griffith土中芽孢菌比例分别占硝酸还原菌总数的56.25%和 80%。Griffith土的DNRA主导菌是Bacillus sps。 用K_2Cr_2O_7氧化法和培养法测定扬州土和Gfiffith土的活性有机质含量。 培养法测定结果为:Griffith土和扬州土中活性有机质含量分别为216.2mg CO_2-Ckg~(-1)和93.2mg CO_2-Ckg~(-1),两者有显著差别。但K_2Cr_2O_7氧化法测 定结果为两个土壤之间没有显著差异(Griffith土为0.58%;扬州土为0.54%)。 从分析原理来看,培养法更为合理些,因为它是基于生物培养的方法,而 扬州大学硕士学位论文2 KZCr。O,氧化法是基于化学氧化的方法。因此,培养法得到的结果更能反映 土壤活性有机质含量。两种土壤中活性有机质含量的高低与土壤的DNRA 还原能力相关,活性有机质含量高的Griffith土DNRA能力强;土壤活性有 机质含量与土壤管理方式有关,Griffith土实行水稻-秸秆覆盖-休闲,而扬 州土实行水稻-清除秸秆-小麦-清除秸秆;所以认为土壤管理影响土壤活性 有机质含量,进而影响土壤DNRA过程。 为了进一步了解硝酸还原菌株的特点,从分离获得的菌株中挑选出具有 代表性的7个菌株进行纯培养研究。DNRA菌u 和C12)细胞生长量不 随NO3’浓度的增加而增加,说明伴随NO3”的还原产能较低,是典型的DNRA 菌。DNRA菌在其细胞处于活跃的对数生长期时,培养基中有NH4”的积累。 显然,所积累的NH4”是超出细胞生长所需要的,加上细胞在对数生长期死 亡和细胞刀的再矿化可能性很少,因此积累的NH/应该是DNRA过程而不 是硝酸同化还原过程的产物。反硝化菌(AIg*)和 CZ)细胞生长量与培 养基中NO3’浓度成正相关,表明伴随着NO3”的还原有较多的能量产出,指 示 N O3”的还原为呼吸过程。反硝化菌在其整个培养过程中,培养基中均没 有NH4”的积累。亚硝酸积累菌(C24)也如此。低浓度的NO3-对亚硝酸积 累菌的生长有刺激作用,但当浓度达7mM时,生长量不再增加。B7和Bg 是两个比较特别的菌株,它们即具有DNRA菌的特点,同时又具有反硝化 菌的特点,因此值得进一步研究。 将DNRA菌和反硝化菌接种于同一培养基中,并设置不同比例的接种 量,培养一个星期后,测定培养基中的NH4\N。NH/-N的积累量与DNRA 菌的接种量比例相吻合,且NH4”-N占原NO3二N的比例与培养基中添加的 NO3\N的量有关。说明DNRA发生程度与DNRA菌的数量比例及体系中的 C/NO3乙N比相关。 DNRA菌可以产出N。O。NZO的产出受pH影响。所研究的四个菌株在 pH为中性时N。O产出量最大,且随培养时间的延长而增加。而在pH为吕 时,不同类型菌株表现不同。说明pH对不同类型菌株的NZO产出影响不同。 偏酸性条件不利于所研究菌株的生长和NZO的产出。B7和Bg的NZO产出 量高于 CS和 CIZ。


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