纳帕海高原湿地微生物多样性研究

发布时间：2017-12-16 02:18

  本文关键词：纳帕海高原湿地微生物多样性研究

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【摘要】：位于滇西北的纳帕海湿地,是我国唯一的低纬度、高海拔、季节性半封闭型高原湿地,也是长江上游地区重要的水源地,在承接冰雪融水、保持水土和控制洪水等方面发挥着重要作用。在湿地生态系统中,微生物在保持土壤肥力、植被生产力和生物圈的物质循环和转化中起着巨大作用,是维持整个生态平衡不可缺少的组成部分。然而关于纳帕海高原湿地微生物群落多样性和组成的研究目前仍鲜见报道。本研究首先采用荧光定量PCR方法,对旱季和雨季纳帕海高原湿地沼泽土(YN)、沼泽化草甸土(SD)和泥炭土(NT)采样区土壤样品中细菌、真菌和古菌的数量及影响因素进行了初步分析。从微生物的整体分布来看,细菌数量最多,其次是古菌数量,真菌数量最少,且三者数量在雨季均高于旱季。从YN到SD到NT采样区中土壤类型的转变,可视为纳帕海高原湿地退化形成的原生沼泽土、沼泽草甸土和草甸土三种湿地土壤类型。在不同的土壤类型中,细菌和真菌数量的变化趋势与人为活动干扰下形成的土壤退化机制密切相关,在SD采样区土壤中细菌数量最高,在NT采样区土壤中真菌数量最高。微生物数量与土壤理化因子相关性分析表明,细菌数量与pH显著负相关性(p0.05),古菌数量与锰和铁显著正相关性(p0.01),真菌数量与全钾、速效钾和速效磷显著正相关(p0.01)。为了研究纳帕海高原湿地微生物群落多样性和组成差异,我们对细菌和古菌16SrRNA基因V4区及真菌rRNA基因ITS2区序列的多样性进行分析。结果表明,在所有土壤类型中雨季的细菌、古菌和真菌群落多样性及相对丰度均比旱季高；在NT采样区土壤中细菌群落多样性和相对丰度最高,而古菌则在YN和NT中较高。细菌群落组成共检测到64个门,164个纲,271个目,330个科和484个属的序列信息,在门分类水平上,Proteobacteria、 A ctinobacteria、 Chloroflexi和Acidobacteria为主要优势菌；古菌群落组成约有40%序列无法确定其分类信息,其余60%的序列信息属于3个门,5个纲,8个目,7个科和7个属,其中属于Thaumarchaeota (Cenarchaeum)的序列约占总序列的比例高达50%；真菌群落组成约有60%的序列无法确定分类信息,剩余序列信息属于6个门,17个纲,37个目,53个科和63个属,其中多数集中在Ascomycota,相对优势属为Gibberella 。进一步分析表明,细菌群落多样性和组成受季节变化比土壤类型影响更显著,在旱季,氮、全氮和有机质对整体细菌群落多样性影响较大,而在雨季,锌、锰和铜对整体细菌群落多样性影响较大；古菌群落多样性和组成则基本不受季节变化和土壤类型的影响,仅相对丰度较低的群落组成在不同的土壤类型中呈现显著差异；真菌群落多样性和组成受土壤类型影响比季节变化更显著,在SD采样区基本不受土壤理化因子的影响,在YN采样区只受全磷的影响,在NT采样区受铁、铜和磷元素影响较大。由微生物主导的氨氧化作用是硝化过程的限速步骤,同时也是氮素循环过程中的关键步骤。本研究基于氨单加氧化酶亚基(amoA)基因,对纳帕海高原湿地氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落多样性和空间分布及其与土壤理化因子之间的关系进行了初步研究。结果表明,AOA的主要菌群属于Thaumarchaeota Group1.la,AOB的主要菌群属于Nitrosomonas和Nitrosopira 。在YN1采样区中,AOA和AOB群落组成分布受pH和氨态氮(NH4+-N)影响较为显著；在NT1采样区中,AOA和AOB群落组成分布受亚硝态氮(N02-N)的影响较为显著。AOB和AOA中的amoA基因数量比值表明,仅NT1采样区,AOA数量高于AOB的数量,在人为活动干扰加剧的区域,AOA在氨氧化过程中占主要地位。AOB群落多样性及分布对土壤理化因子变化更为敏感,而AOA群落多样性及分布对人为活动干扰造成的影响更为明显。本研究通过分析纳帕海高原湿地不同季节和土壤类型中微生物群落的数量、群落多样性和组成及其与土壤理化因子的关系,初步揭示了微生物群落结构的演替规律和微生物种属的共存模式。同时,对湿地氮素循环过程中执行关键步骤的氨氧化微生物群落结构进行了初步分析,这为将来进一步结合宏基因组学数据阐明该地区的氮循环机制奠定基础。综上所述,纳帕海高原湿地土壤微生物群落多样性和组成具有特殊区域特征,由于自然环境恶化和人为活动加剧,微生物通过改变数量和多样性及组成,不断与湿地土壤退化机制相互适应。本研究从微生物学角度进一步提出了对纳帕海高原湿地环境保护和恢复的重要性,可为今后科学保护湿地提供理论和实践基础。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q938

【参考文献】

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本文编号：1294333