我国不同盐碱土生态系统土壤微生物群落多样性研究

发布时间：2020-03-23 16:44

【摘要】：盐碱土是我国重要的后备耕地资源,其具有高盐高碱的极端环境,蕴藏着丰富多样的微生物群落。本文以采自我国西北、西南、华北、东北地区及沿海地区等不同地域的32个盐碱土样品为研究对象,通过理化性质检测分析不同盐碱土土壤特性,再应用高通量测序技术对不同地域盐碱土的微生物群落多样性进行解析,最终通过典范对应分析方法解析我国不同地域盐碱土微生物群落分布的环境驱动因素,为盐碱土生态功能和土壤改良研究提供参考。同时,研究还利用培养方法分离东北地区盐碱土样品中已知的和未知的细菌菌株,为盐碱土微生物资源挖掘提供指导。本论文主要研究结果如下:(1)通过对20个不同地域,不同类型的盐碱土的理化性质检测结果表明,同一地域相同类型的盐碱土理化性质较为相似,而不同地域不同类型盐碱土具有明显不同的土壤阴离子含量,东北苏打盐碱土、华北平原盐碱土、西部荒漠盐碱土和滨海盐碱土分别以HCO_3~-/CO_3~(2-)、SO_4~(2-)、SO_4~(2-)/Cl~-和Cl~-为优势土壤阴离子类型。(2)通过对19个不同地域和类型的、具有土壤理化性质结果的盐碱土样品的真菌ITS序列高通量测序结果表明,西部内陆盐碱土样品真菌群落物种丰富度和多样性均较低,滨海盐碱土样品真菌群落则具有较高的物种丰富度和多样性。19个样品中共检测到子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门(Chytridiomycota)等5个真菌门下的29个纲、100个目、230个科的447个真菌属。真菌子囊菌门在16个盐碱土中最优势,担子菌门在3个样品中最优势。不同盐碱土样品中真菌群落结构差异明显,基于OTUs的加权unifrac分析发现沿海地区的样品具有明显聚类关系,而其他地域未显示出规律的聚类关系。典范对应分析(CCA)结果发现检测的理化性质不是驱动本次研究注释到的真菌群落差异分布的环境因素。(3)通过对32个不同盐碱土样品的古菌16S rDNA序列高通量测序结果表明,不同盐碱土古菌群落以广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota_.DHVEG-6)、深古菌门(Bathyarchaeota)和盐纳古菌门(Nanohaloarchaeota)为优势古菌门。基于OTUs的加权unifrac分析显示32个盐碱土样品古菌群落形成两大分枝。方差分解分析(VPA)显示土壤因子(贡献率52.15%)较其它环境因素(贡献率20.57%)更能影响和推动盐碱土古菌群落结构的演替变化。而CCA分析进一步证明HCO_3~-、Cl~-、SO_4~(2-)等土壤阴离子类型和浓度是古菌群落结构演替和迁移的主要驱动因素。(4)通过对32个不同盐碱土样品的细菌16S rDNA序列高通量测序结果表明,不同盐碱土细菌群落结构组成较为多样,以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、和蓝细菌门(Cyanobacteria)为优势类群。VPA分析显示土壤因子(贡献率51.04%)较其它环境因素(贡献率21.24%)更能影响和推动盐碱土细菌群落结构的演替变化。而CCA分析进一步证明HCO_3~-、CO_3~-、Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-、PO_4~(3-)等土壤阴离子类型和浓度驱动细菌群落结构的演替和迁移。因此,土壤阴离子是我国不同盐碱土土壤原核微生物群落结构形成的主要驱动因素。(5)不同盐碱土土壤细菌群落中,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、未知放线菌纲(Actinobacteria)和噬纤维菌纲(Cytophagia)是优势细菌纲,占总细菌的40.8%-89.5%,但其中富含大量未能注释的新种OTUs,占总细菌的18.6%-38.8%。该结果说明我国盐碱土中蕴含大量微生物新种资源。本论文以东北苏打盐碱土为例,共分离获得细菌262株,大多数分属于上述6个细菌纲。细菌分离菌株的16S rRNA测序结果表明,共计47株细菌菌株是潜在新种菌株,且以γ-变形菌纲菌株最多。
【图文】：

曲线,真菌群落,高通量,测序

2.2.2 真菌高通量测序文库信息通过构建真菌群落高通量测序文库稀释曲线来反映测序数据量的合理性，根据真菌ITS测序的稀释性曲线（图2.1），当测序量超过30000条时，整个曲线趋于平缓，可看出该测序文库趋于饱和，，说明测序数量合理，本次测序基本可以反应19个盐碱土样品中的真菌群落结构。图 2.1 真菌群落高通量测序文库稀释曲线Figure 2.1 Fungal community high-throughput sequencing library rarefaction curve真菌高通量测序文库信息见表2.3，19个成功扩增出真菌的土壤样品，经过测序优化后，不同地区盐碱土壤中得到原始序列范围为60378（TC.S2）~78134（YB.3）条，经过去除低质量、Barcode和引物序列后

盐碱土,群落结构,真菌,相对丰度

用Unifrac方法将19个样品真菌OTU进行加权的聚类分析，即在考虑OTU数量和进化关系的基础上，计算各土壤样品间的聚类关系，不同盐碱土样品真菌在门分类水平上群落结构组成见图2.2。如图所示，不同盐碱土样品的真菌群落结构组成及各类真菌类群所占比例均有定差异。19个盐碱土样品中共发现5个真菌门，分别为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）、接合菌门（Zygomycota）、球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门（Chytridiomycota）。16个盐碱土壤样品中，最优势群落均为子囊菌门（Ascomycota），其所占相对丰度范围为56.17%（TC.S2）~98.33%（GHH.S）。而在YC.S3（华北）、BRZC.S（西南）和LT.S（西北）中担子菌门（Basidiomycota）为最优势菌群，相对丰度分别为62.74%、61.00%和47.73%。除最优势菌门外，TC.S2（西南）、TN.WS（沿海）、YJ.SD（沿海）、ZP.M（沿海）、TGB.SD（沿海）、ZS.M（沿海）、YC.S1（华北）和YJ.B（沿海）中优势菌门（相对丰度>10%）还有担子菌门（Basidiomycota），相对丰度分别为42.10%、14.31%、14.22%、14.17%、13.91%、13.85%、13.42%和12.67%
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S154.3

【参考文献】