浑善达克沙地榆根际土壤微生物时空分布格局及功能预测
发布时间：2020-07-10 19:04
【摘要】：榆树疏林是浑善达克沙地最为重要的生态单元,是沙地环境中最稳定且适应性最强的群落。沙地榆(Ulmus pumila var.sabulosa)是构成榆树疏林群落的建群种,极强的抗寒抗旱性使其在维持生物多样性,植被恢复和防风固沙等方面扮演着重要角色。根际是连接植物根系与土壤环境的纽带,是土壤微生物活动最为频繁的微域环境。本文采用高通量测序技术对沙地榆根际细菌和真菌群落进行研究,率先揭示了沙地榆根际土壤微生物的时空分布格局,阐明了其分布格局的形成机制和驱动因子,并对根际微生物的功能进行了预测,填补了沙地榆根际土壤微生物研究的空白,为后续该树种根系与土壤微生物互作关系的研究奠定了理论基础。本研究发现:(1)沙地榆根际土壤理化性质及酶活性存在一定的时空分布规律。不同地区沙地榆根际土壤pH范围为7.30～7.80,含水率在2.71%～3.41%之间。根际土壤理化性质及酶活性的空间异质性主要在pH、有效磷含量及速效钾含量上有所表现。沙地榆根际土壤理化性质及土壤酶活性对微地形均有不同程度的响应,具体表现为丘间地的土壤水分、养分条件及酶活性显著高于背风坡和迎风坡的规律(p0.05)。季节变化主要引起沙地榆根际土壤含水率和土壤温度的变化,对土壤养分和土壤酶活性的影响并不显著。沙地榆根际土壤养分含量与酶活性密切相关。(2)沙地榆根际土壤中含有丰富的微生物资源。16S rRNA基因测序共注释到细菌46门118纲167目349科675属11738个OTUs,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和奇古菌门(Thaumarchaeota)为根际细菌群落优势门,平均相对丰度之和为58.53%;假节杆菌属(Pseudarthrobacter)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)为细菌群落的优势属,平均相对丰度分别为2.76%、1.82%和1.10%。ITS序列测序共获得真菌6门32纲118目295科655属7787个OTUs,子囊菌门(Ascomycota)是绝对的优势门,平均相对丰度为83.35%;优势属为赤霉菌属(Gibberella)、白僵菌属(Beauveria)和被孢霉属(Mortierella),平均相对丰度分别为6.6%、2.77%和2.74%。沙地榆根际微生物的空间分布格局与榆树疏林群落的地带性分布规律一致,即不同地区的群落结构间均存在显著差异(p0.05),且群落组成的相似性自西向东逐渐降低。(3)扩散限制和环境选择共同决定形成了现有的沙地榆根际微生物空间分布格局。其中,地理距离对沙地榆根际细菌和真菌群落空间格局形成的贡献率为6.38%和4.02%,环境因子对细菌和真菌群落的贡献率为62.7%和67.09%。在环境因子中,pH、年降水量和地上植被物种多样性是驱动微生物群落空间分布的关键因子。(4)沙地榆根际土壤微生物物种多样性对沙丘微地形的响应规律为丘间地和背风坡的物种丰富度大于迎风坡。沙地东部的细菌及真菌群落对微地形的响应最为明显,表现为丘间地与背风坡和迎风坡的细菌及真菌群落结构均存在显著差异(p0.05)。沙地榆根际微生物在微地形尺度上的空间分布格局是土壤因子和植被因子协同作用的结果。(5)土壤微生物随季节变化呈现出一定的动态分布规律。春夏两季的沙地榆根际微生物(细菌和真菌)物种多样性显著大于秋季(p0.05)。季节变化对真菌群落组成的影响小于细菌群落,不同季节间沙地榆根际细菌群落结构均存在显著差异(p0.05),而真菌群落结构只在春季和秋季间差异性显著(p0.05)。季节变化引起的土壤养分、含水率和温度变化是驱动根际土壤微生物群落季节分布的关键因子。(6)沙地榆根际细菌基因序列中共发现来自6类代谢通路的41个子功能类群,膜转运(Membranetransport)、氨基酸代谢(Aminoacidmetabolism)和碳水化合物代谢(Carbohydratemetaboliam)是细菌群落中的主要代谢功能群。根际细菌的代谢功能类群存在时空分布差异,表现为西部沙地榆根际细菌的功能类群与中部和东部的功能类群组成差异较大,春秋两季细菌的代谢功能与夏季细菌群落的功能类群差异较大。不同分布区沙地榆根际细菌共注释到25个生态功能类群,具有化能异养作用(Chemoheterotrophy 和 Aerobic chemoheterotrophy)、硝酸盐还原作用(Nitrate reduction)和硝化作用(Nitrification)的功能群是细菌生态功能类群中的优势功能群。根际细菌的生态功能具有时空分布差异,其分布规律与细菌群落的代谢功能一致。沙地榆根际真菌群落按照生态功能划分可归类于9个生态功能群,其中,腐生菌群(Saprotroph)、病理寄生菌群(Pathotroph)、共生菌群(Symbiotroph)是沙地榆根际真菌群落中的优势功能群。真菌生态功能空间分布差异性显著(p0.05),而季节变化对真菌群落的生态功能无显著影响。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S154.3
【图文】：
ｕ逦浑善达克沙地榆根际土壤微生物时空分布格局及功能预测榆根际微生物的时间分布格局，同时研究由季节变化所引起的环境因子变化间分布格局的影响作用。逡逑（５）沙地榆根际土壤微生物功能预测逡逑对根际细菌的代谢功能和生态功能以及真菌的生态功能进行预测，研究区和季节的微生物功能类群特征及分布差异。逡逑１．３．２拟解决的关键问题逡逑（１邋）沙地榆根际土壤微生物的空间分布格局及形成机制逡逑（２）沙地榆根际土壤微生物的时间分布格局（季节动态）及驱动因子逡逑（３）预测沙地榆根际土壤微生物功能类群逡逑１．３．邋３技术路线逡逑
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本文编号：2749333
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S154.3
【图文】：
ｕ逦浑善达克沙地榆根际土壤微生物时空分布格局及功能预测榆根际微生物的时间分布格局，同时研究由季节变化所引起的环境因子变化间分布格局的影响作用。逡逑（５）沙地榆根际土壤微生物功能预测逡逑对根际细菌的代谢功能和生态功能以及真菌的生态功能进行预测，研究区和季节的微生物功能类群特征及分布差异。逡逑１．３．２拟解决的关键问题逡逑（１邋）沙地榆根际土壤微生物的空间分布格局及形成机制逡逑（２）沙地榆根际土壤微生物的时间分布格局（季节动态）及驱动因子逡逑（３）预测沙地榆根际土壤微生物功能类群逡逑１．３．邋３技术路线逡逑
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本文编号：2749333
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