小开河引黄灌区入田泥沙对土壤细菌群落的影响及细菌的多相分类学鉴定

发布时间：2020-11-10 12:05

　　 (一)小开河引黄灌区入田泥沙对土壤细菌群落的影响黄河作为我国的第二长河,在我国北部和西北部的经济社会发展中发挥了重要作用。但是引用黄河水灌溉必然会引入黄河泥沙,一直以来,黄河的泥沙问题是影响黄河三角洲地区可持续发展的重要因素之一。小开河灌区开辟了大比降、远距离输沙技术的先河,通过输沙干渠将含沙量高的黄河水输送到建在渠中的沉沙池,上游采用泥沙直接入田的浑水灌溉模式,下游采用清水灌溉方式。利用这种灌溉技术可以有效解决引黄灌区泥沙问题。土壤细菌群落在农业生产中起着至关重要的作用,是土壤生化过程中的重要参与者与维护者。灌溉、耕作方式、肥料、重金属、土壤类型等对土壤微生物的丰度和多样性都有影响。然而,关于土壤微生物群落对入田泥沙的响应研究较少。本研究中,我们利用Illumina MiSeq测序方法探究了入田泥沙对土壤细菌群落的影响,分析了小开河引黄灌区上游4个用含黄河泥沙的水灌溉的农田位点(S组:S1,S2,S3和S4)以及下游4个用不含黄河泥沙的水灌溉的农田位点(C组:C1,C2,C3和C4)。研究结果表明,黄河泥沙可以改善土壤质量,提高农田土壤的有机质和速效钾含量,降低土壤的pH和含盐量。研究的土壤微生物主要包括10个门,其中Proteobacteria和Acidobacteria在两组中占优势,且两组中的主要门含量显著不同。S组和C组之间的主要属相对丰度也显著不同。我们通过LEfSe分析(LDA2),分别在门水平和属水平上筛选出区分含黄河泥沙(S组)和不含黄河泥沙(C组)农田土壤的几种生物标志物。如在门水平上,Proteobacteria和Caldithrix在S组中更丰富,而Acidobacteria,Nitrospirae和Armatimonadetes在C组中更丰富。在属水平上,Pseudomonas,Flavobacterium,Cellvibrio等15个属在S组中更丰富,Pontibacter,Nitrospira,Pirellula等20个属在C组中更丰富。Venn图分析显示,S组的OTU数(3274)比C组的OTU数(3013)更多,两组重叠OTU的数量为1890,说明两组之间细菌群落存在很大差异。热图分析显示,S组和C组的细菌群落被分成两组,表明两组之间细菌群落结构存在明显区别,说明该地区土壤细菌群落明显受入田泥沙的影响。通过Spearman相关性热图分析,我们发现在门和属水平上,土壤细菌群落与土壤理化性质存在显著相关性。这些发现更好地认识了小开河引黄灌区这个独特的灌溉生态系统中的细菌群落结构,为研究入田泥沙对土壤细菌群落的影响提供了一些有用的信息,并增强了对改变细菌群落的主要因素的理解。这些对于引黄灌区土壤微生物以及可持续农业生产的科学管理是非常重要的。(二)一株新菌的多相分类学鉴定在小开河引黄灌区种植的冬小麦的根际土壤中,我们分离到了一株革兰氏阴性、杆状新菌4-12~T。菌株4-12~T的最适生长温度是30℃,最适生长pH是7.5-8.0,最适生长NaCl浓度是1%(w/v)。在抗生素抗性方面,该新菌对氨苄青霉素具有较强的抗性,对硫酸链霉素较为敏感。基于16S rRNA基因序列和系统发生树分析,菌株4-12~T属于Luteimonas属。与其16S rRNA基因序列相似度最高的菌株分别是Luteimonas tolerans UM1~T(97.68%),Luteimonas terrae THG-MD21~T(97.67%),Lysobacter panaciterrae Gsoil 068~T(97.21%)和Luteimonas aestuarii B9~T(97.16%)。然而菌株4-12~T与相近菌株的DNA-DNA杂交值均低于40%。并且,根据测定的全基因组框架图分析,菌株4-12~T与相近菌株的平均核苷酸同一性(ANI)、平均氨基酸同一性(AAI)、四核苷酸特征(Tetra)和基因组到基因组距离(GGDC)也显示出了较低的相关性。Ubiquinone-8(Q-8)是菌株4-12~T主要的呼吸醌,主要的脂肪酸是iso-C_(15:0),iso-C_(11:0),iso-C_(17:0)和iso-C_(17:1)ω9c,主要的极性脂质包括二磷脂酰甘油,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰甘油和未鉴定的磷脂,DNA G+C的含量为69.5%。呼吸醌、脂肪酸、极性脂、G+C的含量均与Luteimonas属的特征相吻合。根据表型、基因型和化学分析,菌株4-12~T与其相近的菌株又有很大的差异性,被认为是Luteimonas属的一株新菌,将其命名为Luteimonas rhizosphaerae sp.nov.。该新菌4-12~T分别保存在中国典型培养物保藏中心(CCTCC)和韩国菌种保藏中心(KCTC),保藏号分别为CCTCC AB 2016261T和KCTC 52585T。该新菌的发现丰富了Luteimonas属的多样性,为后续应用研究提供了微生物及基因组资源。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S154.3
【部分图文】：

.8 本论文主要内容本论文研究的主要内容如下。（1）研究小开河引黄灌区入田泥沙对农田土壤理化性质及细菌群落组成、构和多样性的影响。（2）研究小开河引黄灌区细菌群落和土壤理化性质的关系。（3）对一株细菌进行多相分类学鉴定研究，分别从形态学分析、生理学分、化学分析、遗传学分析等不同方面对该株新菌进行研究，旨在证明其种属地。.9 本论文技术路线本论文分两部分展开，其中第一部分为小开河引黄灌区土壤微生物群落对入泥沙的响应，其技术路线如图 1-1 所示；第二部分为一株细菌的多相分类学鉴，其技术路线如图 1-2 所示。

技术路线图（2）

山东师范大学硕士学位论文.2 测序数据分析及细菌群落多样性由于微生物群落结构在很大程度上与土壤性质相关[27,91-93]，我们进一步集的八个样品的细菌群落组成。通过 Illumina MiSeq 测序分析从 8 个样总共 309620 条 16S rRNA 序列和总共 35099 个 OTU（表 2-3）。通过稀我们观察到对于收集的样品，曲线倾向于饱和的平台，说明本研究的测足够反映当前样本所包含的细菌多样性，继续增加测序的深度已经无法量尚未发现的新 OTU，该研究测序数据可靠（图 2-1）。使用截止值为 似性水平来识别 OTU，并计算土壤细菌群落多样性。在 S 组和 C 组之察到微生物 OTU 丰富度估计值（Chao 值和 ACE 值）和微生物多样性Simpson 指数和 Shannon 指数）的显着差异（P > 0.05）（表 2-3）。
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本文编号：2877909