典型荒漠盐生植物根际土壤微生物多样性

论文摘要

在西北干旱区,土壤水盐往往是不可分割的,在植被和资源空间异质性分布的驱动下,常常会形成水分和盐分交互影响的土壤环境梯度。土壤水盐的改变,会对干旱荒漠区的生态系统结构和功能产生巨大的影响。微生物对土壤的这种水盐交互影响具有较敏感的响应,能够提前对生态环境进行预测。在不同的干旱和盐渍化程度下,微生物采取的适应策略也可能有所不同。很多学者分别研究了水和盐对根际土壤中微生物的影响,但是很少有人探究水盐共同作用下根际土壤中微生物的响应过程和机理。揭示干旱区水盐变化背景下根际土壤中微生物群落的结构与功能多样性变化机制,对于理解干旱半干旱地区的生态系统功能稳定意义深远。以新疆艾比湖湿地国家级自然保护区内阿其克苏河的北岸荒漠地带为研究区,离河岸由近到远每隔1.2 km设置1个30×30 m2水盐梯度样地,共计3个。选择样地内均出现的三种灌木:琵琶柴（Reaumuria songarica）、白刺（Nitraria tangutorum）、骆驼刺（Alhagi sparsifolia）。以这三种植物根际的土壤为研究对象,基于16S扩增子高通量测序技术、Biolog-ECO生态平板方法,分析3种水盐梯度上3种植物的根际土壤环境因子变化特征,探究土壤微生物的多样性在结构和功能上的响应规律,并分析各环境变量对二者的影响。研究结果表明:（1）三种植物根际土壤有机质（SOC）、全氮（TN）、碱解氮（AN）、全磷（TP）、速效磷（AP）以及脲酶（URE）的含量随着水盐含量的降低也随之降低,同一水盐梯度下,以上环境因子含量在三种植物间无明显差异。（2）随着水盐的降低,三种植物根际细菌群落结构中优势菌种的丰度更加突出,尤其是门水平上的放线菌门（Actinobacteria）和纲水平上的变形菌纲（Gammaproteobacteria）;古菌群落结构趋于简单,其中广古菌门（Euryarchaeota）是优势菌门,盐杆菌纲（Halobacteria）是优势菌纲,相较于其他两种植物,白刺根际的优势菌种在门水平和纲水平上的丰度均在中水盐梯度下最高。而真菌群落结构中存在较多未能被鉴定的菌种,其中子囊菌门（Ascomycota）是优势菌门,子囊菌纲（Sordariomycetes）是优势菌纲。琵琶柴根际真菌群落的α多样性在中水盐条件下最高;白刺根际细菌、古菌和真菌的α多样性在低水盐条件下最高;骆驼刺根际细菌、古菌和真菌群落的α多样性在高水盐梯度下最高。琵琶柴和骆驼刺的根际微生物的丰富度具有相似性,随着水盐含量的降低,细菌的丰富度表现出先减小后增加趋势,古菌的丰富度逐渐降低,对于真菌的丰富度,琵琶柴的随着水盐的降低逐渐增加,骆驼刺的与之相反;白刺的丰富度表现出不同的规律:随着水盐含量的降低,细菌逐渐降低,古菌逐渐增加,真菌先减小后增加。聚类树（UPGMA）分析表明同一水盐梯度下植物类型间的微生物差异较小;而同一植物在水盐梯度间的微生物差异较大。（3）随着水盐的降低,三种植物根际中微生物的群落均匀度指数（McIntosh）总是与平均颜色变化率（AWCD）变化趋势一致,根际对六大碳源的利用情况中,琵琶柴在中水盐环境下达到最大,白刺在低水盐环境下达到最大,骆驼刺在高水盐环境下达到最大,这与微生物群落的α多样性变化规律一致,微生物在结构和功能上存在联系。氨基酸（AMA）、碳水类（CAR）、聚合物类（PLO）这三类碳源是三种植物根际中土壤微生物利用的主要类型。（4）与植物类型相比,水盐梯度更能改变土壤环境因子、土壤微生物群落结构多样性和功能多样性。随着水盐变化,环境因子也会对微生物产生影响,微生物群落的结构对环境因子的响应结果表明:全盐含量（TSC）、铵态氮（NH4+）、硝态氮（NO3-）、碱性磷酸酶（PHO）以及β-葡萄糖苷酶（BG）是对细菌群落影响最大的环境因子;古菌主要受到TSC和全磷（TP）影响;真菌则主要受NO3-和TP调控。而微生物群落的功能对环境因子的响应分析表明:BG是对土壤微生物吸收和利用碳源影响最大的环境因子。在土壤性状受到来自水分和盐分因素的双重胁迫的研究区内,琵琶柴、白刺和骆驼刺根际土壤微生物具有较强的逆境适应能力。水盐含量的高低调节了根际土壤微环境,改变了微生物群落结构的组成,进而改变了土壤微生物群落的代谢活性以及功能多样性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 立项依据和经费来源
• 第一章 引言
•   1.1 研究目的与研究意义
•   1.2 土壤微生物及其多样性
•   1.3 国内外研究进展
•     1.3.1 土壤微生物多样性的研究方法
•     1.3.2 土壤微生物多样性的研究进展
•     1.3.3 干旱半干旱区根际土壤微生物多样性的研究进展
•   1.4 对国内外研究进展评述及问题提出
• 第二章 研究内容与方法
•   2.1 研究区概况
•   2.2 研究内容
•     2.2.1 水盐梯度下根际土壤环境因子的特征
•     2.2.2 水盐梯度下根际土壤微生物群落的结构多样性
•     2.2.3 水盐梯度下根际土壤微生物群落的功能多样性
•     2.2.4 土壤环境因子与根际土壤微生物多样性的关联分析
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 样方设置与植物选择
•     2.3.2 样方调查与土壤采集
•     2.3.3室内实验
•   2.4 统计分析与图件绘制
•     2.4.1 统计分析
•     2.4.2 图件绘制
•   2.5 技术路线
• 第三章 水盐梯度下根际土壤环境因子特征
•   3.1 水盐梯度的确定
•   3.2 水盐梯度下根际土壤理化性质特征
•     3.2.1 水盐梯度下根际土壤性质特征
•     3.2.2 水盐梯度下根际土壤养分含量特征
•   3.3 水盐梯度下根际土壤酶活性特征
•   3.4 讨论
•   3.5 小结
• 第四章 水盐梯度下根际土壤微生物群落结构多样性
•   4.1 细菌
•     4.1.1 根际土壤微生物群落OTU分析
•     4.1.2 根际土壤微生物群落结构分析
•     4.1.3 根际土壤微生物α多样性分析
•     4.1.4 根际土壤微生物β多样性分析
•   4.2 古菌
•     4.2.1 根际土壤微生物群落OTU分析
•     4.2.2 根际土壤微生物群落结构分析
•     4.2.3 根际土壤微生物α多样性分析
•     4.2.4 根际土壤微生物β多样性分析
•   4.3 真菌
•     4.3.1 根际土壤微生物群落OTU分析
•     4.3.2 根际土壤微生物群落结构分析
•     4.3.3 根际土壤微生物α多样性分析
•     4.3.4 根际土壤微生物β多样性分析
•   4.4 讨论
•   4.5 小结
• 第五章 水盐梯度下根际土壤微生物群落功能多样性
•   5.1 水盐梯度对根际微生物碳源利用代谢活性的影响
•     5.1.1 根际土壤微生物群落总AWCD值变化
•     5.1.2 根际土壤微生物群落多样性指数变化
•     5.1.3 根际土壤微生物群落碳源利用特征
•   5.2 水盐梯度下根际土壤微生物主成分分析
•   5.3 讨论
•   5.4 小结
• 第六章 土壤环境因子与根际土壤微生物多样性关联分析
•   6.1 土壤环境因子之间的相关性
•   6.2 土壤环境因子对根际土壤微生物群落结构多样性的影响
•     6.2.1 根际土壤细菌群落结构多样性与环境因子分析
•     6.2.2 根际土壤古菌群落结构多样性与环境因子分析
•     6.2.3 根际土壤真菌群落结构多样性与环境因子分析
•   6.3 土壤环境因子对根际土壤微生物群落功能多样性的影响
•     6.3.1 水盐梯度下根际土壤微生物群落功能多样性指数与环境因子相关性
•     6.3.2 水盐梯度下根际土壤微生物群落碳源代谢与环境因子相关性
•   6.4 讨论
•   6.5 小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张仰

导师: 吕光辉

关键词: 干旱区,水盐梯度,土壤微生物,结构多样性,功能多样性

来源: 新疆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,农业基础科学,农艺学

单位: 新疆大学

基金: 国家自然科学基金面上项目,“干旱荒漠水盐时空格局下的植物性状变异与多样性维持机理(31560131)”,2016.01.01-2019.12.31,主持人:吕光辉

分类号: S154.3

总页数: 82

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