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毛乌素沙地地衣结皮层微生物的群落结构及其固碳功能

2020-12-02阅读(483)

毛乌素沙地地衣结皮层微生物的群落结构及其固碳功能

论文摘要

地衣结皮是干旱、半干旱生态系统的重要组分,也是荒漠生态系统重要的碳输入者。然而关于地衣结皮碳过程的研究多关注于净碳交换及其影响因子,却忽视了导致该现象发生的固碳微生物种群及其固定的碳在土壤有机碳各组分中的分配。本文以毛乌素沙地地衣结皮为研究对象,利用宏基因组测序方法和稳定同位素示踪（13CO2）技术,研究了地衣结皮层微生物的群落结构、微生物固碳途径及固碳类群,并分析了其固碳速率和固定碳在活性和稳定有机碳组分中的分配规律。主要研究结果及研究结论如下:（1）毛乌素沙地地衣结皮层的微生物主要由细菌组成,其相对丰度占地衣结皮微生物的89.93%,其次是古菌（1.07%）、真菌（0.14%）、病毒（0.02%）和未被分类类群（8.83%）。其中,组成地衣结皮微生物的类群主要为变形菌（Proteobacteria,相对丰度为 24.69%）、放线菌（Actinobacteria,21.72%）、蓝细菌（Cyanobacteria,14.35%）、酸杆菌（Acidobacteria,9.26%）、拟杆菌（Bacteroidetes,3.59%）、芽单胞菌（Gemmatimonadetes,2.45%）、绿弯菌（Chloroflexi,1.90%）、浮霉状菌（Planctomycetes,1.64%）、厚壁菌（Firmicutes,0.85%）和奇古菌（Thaumarchaeota,0.65%）。地衣结皮层微生物有利用卡尔文循环（Calvin循环）、厌氧乙酰辅酶A途径（WL循环）、还原性三羧酸循环途径（rTCA循环）、3-羟基丙酸途径（3-HP循环）、3-羟基丙酸酯/4-羟基丁酸酯途径（3HP/4-HB循环）和二羧酸/4-羟丁酸循环（DC/4-HB循环）途径固碳的潜力。（2）在100d培养周期内,光能自养型微生物在地衣结皮层及其层下的土壤中,固碳速率分别为0.266 g/m2·d和0.048 g/m2·d,均显著高于化能自养型微生物的固碳速率（0.057g/m2·d和0.007g/m2·d）。地衣结皮层中的微生物同化的活性碳组分（可溶性有机碳（13C-DOC）、微生物量碳（13C-MBC）、颗粒有机碳（13C-POC））约占微生物同化有机碳（13C-SOC）的22%。其中,光能自养型微生物在地衣结皮层及其层下土壤同化的活性组分含量,均高于化能自养型微生物在相应碳库的同化量。（3）六种固碳途径基因相对丰度均与地衣结皮层中的微生物固碳量呈显著负相关。此外,不同含有固碳基因的微生物类群对地衣结皮固碳量影响不同。研究结果表明,地衣结皮中具有丰富的固碳微生物种群,通过六种自养微生物固碳途径固定大气中二氧化碳并转化为有机碳库中较为稳定的组分,形成较为稳定的碳库,有利于地衣结皮自身的生长发育并提高荒漠地区的土壤肥力,进而促进荒漠地区植被恢复。本研究有助于增进对地衣结皮碳过程的认识,深入理解其固定的碳在不同周转时间有机碳库中的分配方式、判断其对表层土壤有机碳稳定性的影响,可为评价荒漠生态系统碳过程提供科学依据。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 国内外研究现状与分析
  •     1.2.1 结皮层中的微生物类群
  •     1.2.2 固碳微生物类群及其固碳途径
  •     1.2.3 微生物固碳能力
  •   1.3 目前存在的问题
  •   1.4 研究目的和意义
  • 2 研究区概况
  •   2.1 地理位置
  •   2.2 气候条件
  •   2.3 土壤和植被状况
  •   2.4 生物结皮状况
  • 3 研究内容与研究方法
  •   3.1 研究内容
  •   3.2 研究方法
  •     3.2.1 样地选择和取样方法
  • 13CO2连续标记培养'>    3.2.2 地衣结皮13CO2连续标记培养
  •     3.2.3 DNA建库测序及数据分析
  •     3.2.4 地衣结皮层微生物固碳速率测定
  •     3.2.5 同化碳在土壤有机碳各组分中含量测定
  •     3.2.6 土壤理化性质测定
  •     3.2.7 数据处理
  •     3.2.8 技术路线
  • 4 地衣结皮微生物群落结构及其固碳途径
  •   4.1 地衣结皮微生物组成
  •   4.2 地衣结皮微生物固碳途径
  •   4.3 门和属水平上地衣结皮固碳微生物类群
  •     4.3.1 门水平上地衣结皮固碳微生物类群
  •     4.3.2 属水平下地衣结皮固碳微生物类群
  •     4.3.3 六种固碳途径自养微生物类群
  •   4.4 固碳微生物分布的影响因素
  •   4.5 讨论
  •   4.6 小结
  • 5 地衣结皮自养微生物固碳量及其同化碳在土壤有机碳库中的分配
  •   5.1 自养微生物在地衣结皮中的固碳速率和固碳总量
  • 13C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的分配'>  5.213C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的分配
  • 13C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的分配'>    5.2.113C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的分配
  • 13C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的贡献'>    5.2.213C-SOC在地衣结皮土壤有机碳库中的贡献
  • 13C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的分配'>  5.313C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的分配
  • 13C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的分配'>    5.3.113C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的分配
  • 13C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的贡献'>    5.3.213C-DOC在地衣结皮土壤可溶性有机碳库中的贡献
  • 13C-MBC在地衣结皮土壤微生物量碳库中的分配'>  5.413C-MBC在地衣结皮土壤微生物量碳库中的分配
  • 13C-MBC在土壤微生物量有机碳库中的分配'>    5.4.113C-MBC在土壤微生物量有机碳库中的分配
  • 13C-MBC在土壤微生物量有机碳库中的贡献'>    5.4.213C-MBC在土壤微生物量有机碳库中的贡献
  • 13C-POC在地衣结皮土壤颗粒有机碳碳库中的分配'>  5.513C-POC在地衣结皮土壤颗粒有机碳碳库中的分配
  • 13C-POC在土壤颗粒有机碳碳库中的分配'>    5.5.113C-POC在土壤颗粒有机碳碳库中的分配
  • 13C-POC在土壤颗粒有机碳碳库中的贡献'>    5.5.213C-POC在土壤颗粒有机碳碳库中的贡献
  •   5.6 地衣结皮微生物同化碳在活性碳库中的分配
  •   5.7 讨论
  •   5.8 小结
  • 2的潜力'>6 地衣结皮中微生物同化CO2的潜力
  •   6.1 同化碳总量和活性碳库各组分的同化量与固碳基因的关系
  •   6.2 同化碳总量和活性碳库各组分的同化量与固碳类群的关系
  •   6.3 讨论
  •   6.4 小结
  • 7 结论与展望
  •   7.1 结论
  •   7.2 创新点
  •   7.3 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 个人简介
  • 导师简介一
  • 导师简介二
  • 获得成果目录清单
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 孙永琦

    导师: 吴斌,张宇清

    关键词: 地衣结皮,微生物,固碳途径,固碳量,宏基因组学,毛乌素沙地

    来源: 北京林业大学

    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: 北京林业大学

    基金: 国家自然科学基金“毛乌素沙地地衣结皮层微生物群落结构及其固碳功能”(31600584),国家重点研发计划课题“沙生资源植物选育与防风固沙技术集成及产业示范”(2016YFC0500905),北京林业大学青年教师科学研究中长期项目“荒漠化地区地表过程及其驱动机制(2015ZCQ-SB-02)”

    分类号: S154.3

    DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000597

    总页数: 70

    文件大小: 4548K

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