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淹水土壤中接力反硝化机制的研究

梅丽娟  
【摘要】:土壤中的反硝化过程主要由微生物参与,过去的很长一段时间以来,人们一直把土壤中的反硝化作用归结于反硝化细菌的作用,忽视了土壤中其它微生物的作用。而很多文献资料表明,反硝化作用强的土壤中反硝化细菌并不是该土壤的主导区系,早在1987~1990年前人在研究少免耕对土壤微生物区系的影响时,曾经连续3年计21次测定反硝化细菌和硝酸还原细菌的数量,发现反硝化细菌数仅仅占硝酸还原菌数量的4.4%~37.1%,而且,反硝化菌的活性并不比硝酸还原菌的活性高,两者处于同一数量级。因此,土壤中的反硝化作用很可能是反硝化菌和其它微生物共同起作用的结果。根据这一观点,我们提出另一种反硝化机制—接力反硝化机制,即土壤中的反硝化过程不仅仅由反硝化细菌参与,各种不同类型的不完全反硝化菌也同样参与了这一过程,此菌的底物被彼菌所利用,共同完成完整的反硝化过程。这种合作关系如同接力赛跑,故形象地称之为“接力反硝化”机制。本文目的是从土壤中分离到一些不完全反硝化菌,选择以不同氮氧化物为还原起点的菌株,再接种到土壤中,验证它们是否能完成完整的反硝化过程,从而为接力反硝化机制提供证据。 本研究所用土壤取自中国科学院南京土壤研究所常熟农业生态试验站的淹水稻田,并用该土壤按照1:3的土水比例关系加入自来水制作土壤浸提液作为培养基,以N_2O为唯一电子受体在厌氧条件下进行富集培养土壤微生物,然后分别在好氧条件和厌氧条件下分离富集培养物,纯化分离的各菌株,逐一研究各菌株还原氮氧化物的特点。本实验分离到7株完全反硝化菌,2株可以还原亚硝酸到氮气的细菌,39株亚硝酸积累菌,1株可以还原亚硝酸到N_2O的细菌。把菌株21-6-9-2(亚硝酸积累菌)和1-9-5-3(仅还原NO_2~-到N_2O)两菌株以适当的数量比例混合于灭菌的土壤中,不添加任何外来碳源,仅仅添加NO_3~-,厌气培养1周后,测 扬州大学硕士学位论文 得土壤中剩余的NO3.仅为原添加量的39.小53 .0%,与此同时有5 .2%~1 3 .9%的NO3. 被还原成N02一,有28.6%~30.8%以NZO形态被回收,总回收率为75.4叹户95.5%, 说明两者可以相互配合,菌株21一6一92的硝酸根还原产物可以被菌株1一5一3用作 底物,共同完成反硝化过程,从而支持我们设想的“接力反硝化”机制。 根据最或然数法原理,用系列稀释土壤溶液的方法测定土壤溶液产出和消耗 NZO的情况,从而判断土壤中产生和消耗N20各类菌的种群组成情况,得出结论 为:土壤中最终的NZO浓度由产生和消耗NZO的各类菌的组成共同决定,消耗 NZO的种群可以利用产生N20种群产出的NZO,以产生NZO菌为主导种群的土壤 反硝化的终产物以NZO为主,而以消耗NZO为主导种群的土壤反硝化的终产物中 NZO很少或没有。这一结论说明了土壤中参与反硝化的的各类不完全反硝化菌是 可以相互协作的,土壤中接力反硝化的现象是的确存在的,接力反硝化机制再一 次得到证实。 因为培养时未加入任何外来碳源,所以土壤中原有碳源可以作为“接力反硝化” 的电子供体(反硝化条件之一)。在该试验条件下,土壤中有N仇‘积累,同时还有 NO3一的剩余,说明电子供体不足,间接证明土壤相对微生物而言是贫营养状态。


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