崇明东滩互花米草入侵对碳—硫循环微生物群落的影响研究

发布时间：2018-11-24 11:50

【摘要】：湿地是一个富有生物多样性的多功能的生态系统,是研究不同微生物群落以及微生物和植物之间关系的模式环境。在湿地环境中,硫随着环境条件的改变在微生物的作用下氧化或还原作用,构成了湿地硫的生物地球化学循环而且,硫的生物地球化学循环与碳转化过程密切相关。甲烷产生作用与硫酸盐还原作用同属于厌氧环境下有机底物碳矿化的一个重要终端过程。硫酸盐还原过程产生的H2S,则可为自养硫氧化菌(Sulfur Oxidizing Bacteria,SOB)提供底物,并能与固碳作用耦合,利用空气中CO2合成生物量。硫循环细菌具有丰富的代谢多样性,湿地硫循环中的微生物及其与碳转化的相互作用受到越来越广泛的关注。本论文以东滩盐沼湿地为研究对象,通过建立克隆文库、实时荧光定量PCR(Real-time PCR)、变性梯度凝胶电泳(DGGE)和测序等一系列分子生物学手段,深入研究互花米草入侵对湿地土壤中硫的生物地球化学循环过程及相关碳转化过程和功能菌群群落结构和多样性的影响。论文的主要内容与研究结果如下:(1)通过采集互花米草入侵时间序列的土壤样品,研究固碳硫氧化菌群落结构随入侵时间的变化。硫氧化菌(SOB,sox B)主要归属于绿菌纲、α-变形菌纲、β-变形菌纲和γ-变形菌纲,其中绿菌纲(占30.0%-79.0%)是优势菌;固碳的硫氧化菌(cbb L)主要归属于α-变形菌纲和γ-变形菌纲,且与硫氧化菌群落分类一致,其中着色菌(占80.4%-95.5%)是优势菌。随着互花米草入侵时间的增加,sox B基因的丰度先增加后降低,互花米草入侵后第三年(A3)的sox B基因丰度最高,达到1.93×1010copies/g,而入侵后第一年(A1)丰度最低,为4.22×109copies/g,互花米草入侵对cbb L基因的丰度没有显著影响(3.06×109-3.77×109copies/g)。(2)随着互花米草入侵时间变化,硫酸盐还原菌和产甲烷菌群落结构发生变化。产甲烷菌主要归属于甲烷微菌纲、Methanothermea纲和甲烷杆菌纲,其中,甲烷微菌纲是优势群落。硫酸盐还原菌主要归属于δ-变形菌纲和梭菌纲,其中δ-变形菌纲脱硫杆菌目(占52.9%-65.5%)是优势菌。湿地土壤中dsr B基因的丰度高于mcr A基因2个数量级,随着入侵时间的增加,mcr A基因丰度先增加后降低(1.20×107copies/g soil-4.75×107copies/g soil),A1-A3样品中dsr B基因丰度没有显著差异(2.61×109-3.23×109 copies/g soil),而且显著高于A4样品(1.83×109 copies/g soil)。(3)通过芦苇-互花米草配对样线,研究了互花米草入侵对芦苇土著群落土壤中硫酸盐还原菌、硫氧化菌和产甲烷菌的影响。硫酸盐还原菌包括δ-变形菌纲和梭菌纲两个菌纲,其中δ-变形菌纲下的脱硫杆菌目(占69.23%-72.31%)是优势菌;sox B的克隆文库包括α-变形菌纲、β-变形菌纲和γ-变形菌纲,其中γ-变形菌纲(占27.43%-40%)和β-变形菌纲(29.66%-32%)为优势菌;mcr A系统发育树包括甲烷微菌纲、Methanothermea纲和甲烷杆菌纲,其中甲烷微菌纲下的甲烷微菌目是优势菌。互花米草样品群落中dsr B、sox B和mcr A的基因丰度(dsr B:3.60×109 copies/g soil;sox B:1.16×1010 copies/g;mcr A:8.08×105 copies/g soil)均高于芦苇群落(dsr B:1.81×109 copies/g soil;sox B:1.09×1010 copies/g;mcr A:6.18×105 copies/g soil)。说明在互花米草入侵芦苇土著生态系统之后,促进了硫氧化菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌的生长。(4)通过海三菱呰草-互花米草配对样线,研究了互花米草入侵对海三棱呰草土著群落土壤中硫酸盐还原菌、硫氧化菌和产甲烷菌的影响。硫酸盐还原菌均为δ-变形菌纲,包括互营杆菌目、脱硫杆菌目和脱硫盒菌目,其中脱硫杆菌目(占52.21%-60.63%)为优势菌;sox B系统发育树包括绿菌纲、α-变形菌纲、β-变形菌纲和γ-变形菌纲,其中绿菌纲为优势菌,占47.27%-52.97%;产甲烷菌包括甲烷微菌纲、甲烷杆菌纲和Methanococcior纲,其中甲烷微菌纲是优势菌。互花米草样品中dsr B、sox B与mcr A的基因丰度(dsr B:1.68×109 copies/g;sox B:6.66×109copies/g;mcr A:8.80×105 copies/g)均高于海三棱呰草样品(dsr B:1.34×109 copies/g;sox B:6.16×109 copies/g;mcr A:2.66×105 copies/g)。说明在互花米草入侵海三菱呰草土著生态系统之后,促进了硫氧化菌、硫酸盐还原菌和产甲烷菌的生长。综上所述,互花米草入侵通过根系分泌物和凋落物等改变了土壤碳氮库等理化性质,从而显著影响了微生物群落结构和多样性,并且硫循环和碳转化微生物对互花米草入侵进行协同响应。本研究结果为探讨互花米草入侵对微生物的影响机理及功能微生物的生态机制和环境功能提供科学依据。
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【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171

【参考文献】