大豆光合碳在黑土中的转化过程及细菌群落特征

发布时间：2018-01-14 09:32

本文关键词：大豆光合碳在黑土中的转化过程及细菌群落特征　出处：《中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本研究为了探讨光合碳在黑土中的转化过程及细菌特征,验证了DNA-SIP(稳定性同位素探针技术)底物13C的临界丰度,进而通过13C同位素示踪技术和Illumina测序技术对大豆花期光合碳及成熟后残体碳在地下部转化过程及土壤细菌群落特征进行研究,阐释了大豆不同组织残体向不同有机质含量土壤中的颗粒有机碳分配特点,明确了大豆花期光合碳的根际细菌群落及多样性差异,探讨了黑土上细菌与大豆光合碳在土壤中转化的耦合关系。得到如下结果:(1)通过DNA-SIP确定分离13C-DNA所需底物13C丰度最低为2%(DNA中13C丰度为1.30%),而当底物13C丰度达到10%(DNA中13C丰度为2.25%)时效果更好。(2)在大豆花期,利用13C-CO2标记植株,利用DNA-SIP和Illumina测序技术分离鉴定利用大豆光合碳的细菌种群。结果表明植物光合碳影响根际中细菌的群落结构。有机质含量高、低不同的黑土利用13C的根际细菌存在较大差异。Pseudomonas、Aquincola、Dechloromonas、Delftia、Magnetospirillum、Psychrobacter、Massilia、Ochrobactrum、Pseudoxanthomonas、Amycolatopsis和Niastella等菌属在低有机质土壤中的丰度较高,而Enhydrobacter、Burkholderia、Azoarcus、Flavisolibacter、Propionibacterium和Staphylococcus等菌属却显示出相反的结果,而且这些菌属所对应的OTU也表现相同的变化趋势。表明利用植物光合碳的根际细菌群落是随着土壤有机质含量而变化,由此影响植物光合碳的去向。(3)13C标记的大豆残体(叶片、茎秆和根)施入土壤培养150天发现,叶片残体的降解速率最高。培养结束后叶片的累积呼吸量达到7.76 mg CO2-C g-1,而茎秆和根处理的累积呼吸量只有5.98和5.51 mg CO2-C g-1。此外,微生物呼吸商,微生物量碳和可溶性碳也呈现相似趋势。大豆不同部位残体对土壤颗粒有机碳的贡献存在差异,其排序为根茎秆叶片。根残体对粗土壤颗粒有机碳(Coarse-POC)、细土壤颗粒有机碳(Fine-POC)和矿物结合态有机碳(MOC)贡献量分别为49.5,17.2和5.0 g residue-C kg-1 soil,显著高于茎秆和叶片向各有机碳组分的贡献。表明根和茎秆向POC和MOC中贡献更多的碳,进而对维持黑土有机碳稳定性起着重要的作用。(4)随着大豆残体不同组织(叶片、茎秆和根)施加到土壤中,细菌群落结构会因大豆残体类型和培养时间的变化而变化。Chitinophaga、Bacillus、Streptomyces、Niastella和Nonomuraea等菌属对残体的施入呈正效应。这些菌属中,Niastella的增加量随着培养进程而增加,而Bacillus和Streptomyces却呈现出相反的趋势。另外,Chitinophaga、Bacillus和Streptomyces属分别在叶片、茎秆和根的处理中增加量最高。(5)利用13C标记后的大豆残体在两种有机质含量高、低不同的黑土上进行为期150天的培养试验,发现残体碳在高有机质含量黑土中的粗土壤颗粒有机碳(Coarse-POC)、细土壤颗粒有机碳(Fine-POC)和矿物结合态有机碳(MOC)的量分别是低有机质含量黑土中的4.8,4.0和1.7倍。施入残体后,高有机质土壤中来源于有机碳(SOC)的CO2比其在低有机质土壤高。植物残体碳向高有机质含量土壤中粗、细颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的分配高于其向低有机质含量中的分配。当植物残体施入土壤中后,高有机质土壤SOC的更新转化率较高。残体加入后,细菌群落结构变化在两种土壤间差异也非常大。Xanthomonas、Sphingomonas和uncultured-Gemmatimonadaceae在高有机质含量土壤中较多,而Xanthomonadales、Rhizobium、Steroidobacter和Proteobacteria_unclassified在低有机质含量土壤中较多。典型相关分析(CCA)分析揭示了土壤细菌群落和不同SOC碳库的关联。例如,变形菌门和芽单胞菌门在细土壤颗粒有机碳中的比例较高,表明细菌群落结构组成和环境中SOC有着紧密的联系。
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【学位授予单位】：中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S565.1;S154.1

【参考文献】