祁連山高寒草地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能類群研究.pdf

1、祁連山脈是黃土高原、青藏高原和蒙新荒漠的交匯點(diǎn)，是我國西北干旱區(qū)和半干旱區(qū)的過度帶，獨(dú)特的地理環(huán)境造就了其特殊的生態(tài)環(huán)境，是我國重要的生物資源庫和基因庫。草原是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，隨著氣候的變化和人為的影響，草原荒漠化成為全球面臨的主要環(huán)境問題之一。土壤微生物與地上植物之間通過植物根系的傳遞而有著密切的相互聯(lián)系，而植物對全球生態(tài)系統(tǒng)的平衡有著直接的影響。高寒草地是祁連山重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，研究該區(qū)土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能類群對

2、維護(hù)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)有著極其重要的意義，而且可以獲得該地區(qū)獨(dú)特的微生物基因資源的信息，為進(jìn)一步開發(fā)高寒草原微生物資源有重要的意義。本研究選取了四個(gè)海拔高度和土壤深度不同的12個(gè)土樣，運(yùn)用微生物培養(yǎng)技術(shù)、熒光定量PCR和Biolog實(shí)驗(yàn)方法，研究微生物群落結(jié)構(gòu)，旨在全面了解該地區(qū)的微生物生態(tài)特征;并對氮循環(huán)的兩種最重要的基因:固氮基因(nifH)和氨氧化基因（amoA）進(jìn)行了克隆文庫的構(gòu)建，旨在探索該地區(qū)氮循環(huán)關(guān)鍵基因的分布和結(jié)構(gòu)特征。取

3、得了以下研究結(jié)果。
　　1.研究區(qū)土壤理化性質(zhì)最主要的特征是pH值都大于8.0，屬于典型的堿性土壤，而且隨著土壤深度的加深pH值呈增大趨勢。綜合看來，研究區(qū)海拔最低的土壤的肥力較低。
　　2.隨著土壤深度的增加可培養(yǎng)微生物數(shù)量減少，海拔對微生物數(shù)量的影響不明顯，功能微生物數(shù)量大小關(guān)系是:氨化細(xì)菌＞好氧自生固氮菌＞硝化細(xì)菌＞解磷菌＞好氧反硝化細(xì)菌。土壤理化性質(zhì)對微生物數(shù)量影響最明顯的是土壤pH值，其對好氧反硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌和

4、解磷菌有明顯的負(fù)面影響。硝化細(xì)菌生長對其他功能微生物生長都表現(xiàn)出極顯著的正面影響，表明硝化作用是氮循環(huán)中最重要的作用之一。這是因?yàn)榘毖趸饔檬堑h(huán)中的限速反應(yīng)而影響了其他氮循環(huán)功能微生物的生長。
　　3.熒光定量PCR研究結(jié)果表明，微生物類群的基因拷貝數(shù)大小關(guān)系為:細(xì)菌＞古菌＞固氮菌＞氨氧化古菌＞真菌＞氨氧化細(xì)菌。細(xì)菌基因拷貝數(shù)在1.19×109-4.79×109之間，古菌基因拷貝數(shù)在5.14×106-6.28×107之間，真菌

5、基因拷貝數(shù)在1.00×105-7.23×106之間，固氮菌基因拷貝數(shù)在2.19×106-3.45×107之間，氨氧化古菌的基因拷貝數(shù)在6.83×104-1.34×107之間，氨氧化細(xì)菌的基因拷貝數(shù)在1.03×103-1.87×105之間。固氮微生物、氨氧化細(xì)菌和古菌三個(gè)氮循環(huán)相關(guān)的微生物在海拔最低的樣點(diǎn)拷貝數(shù)最少，氨氧化古菌基因拷貝數(shù)明顯大于氨氧化細(xì)菌的基因拷貝數(shù)，說明研究區(qū)域的氨氧化作用主要是靠氨氧化古菌來完成的。
　　4.Bi

6、olog研究表明，土壤微生物利用碳源的優(yōu)先順序總體上為:糖類＞脂類＞氨基酸類。對碳源的利用量隨著土壤深度的增加而減少，土壤微生物對碳源的利用能力表現(xiàn)為高海拔區(qū)高于低海拔區(qū)，且隨著土壤深度的增加而減少。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，碳源總體利用量在增加。Shannon指數(shù)無明顯差異，說明不同土樣中微生物的種群多樣性基本相同，但高海拔土樣的Mcintosh指數(shù)明顯大于比低海拔土樣，說明高海拔土壤微生物均一度較好，對碳源的利用程度大。
　　5.n

7、ifH和amoA基因克隆文庫研究表明，固氮基因nifH中藍(lán)藻門(Cyanobacteria)相似序列占41％，厚壁菌門(Firmicutes)相似序列占14％，變形菌門(Proteobacteria)相似序列占8％，其余為未知菌株（Unidentifiedbacterium）。在土樣AQ1中發(fā)現(xiàn)了一條新的nifH基因序列AQ1-12(KC412109)，在土樣AQ4中發(fā)現(xiàn)了三條新的nifH基因序列，分別為AQ4-3(KC412133)、

8、AQ4-4(KC412134)和AQ4-5(KC412135)，說明在祁連山高寒草原土壤中存在著獨(dú)特的固氮微生物資源。
　　通過熒光定量PCR和克隆文庫實(shí)驗(yàn)表明，研究區(qū)氨氧化細(xì)菌對氨氧化作用貢獻(xiàn)比較小，所以只構(gòu)建了氨氧化古菌amoA基因的克隆文庫。其中氨氧化古菌中未培養(yǎng)泉古菌門(UnculturedCrenarchaeote)占到大多數(shù)，其余為未培養(yǎng)奇古菌門(UnculturedThaumarchaeote)，而大多數(shù)其他研究在很