| 题名 | 不同施肥处理下土壤氨氧化微生物丰度和群落多样性研究 |
| 作者 | 沈菊培 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-12-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 贺纪正 |
| 关键词 | 长期施肥 氨氧化细菌 氨氧化古菌 丰度 amoA基因拷贝数 Real-time PCR ARDRA DGGE Long-term fertilization ammonia-oxidizing bacteria ammonia-oxidizing archaea amoA gene copy numbers DGGE |
| 其他题名 | Abundance and composition of soil ammonia-oxidizing bacteria and ammonia oxidizing archaea communities under different fertilization practices |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 氨氧化是硝化作用的第一个反应步骤，也是限速步骤，是全球氮循环的中心环节。氨氧化细菌是整个自然界氨氧化作用的主要参与者，随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用，发现新的微生物类群—氨氧化古菌在氨氧化过程中起着潜在的作用。对氨氧化细菌和氨氧化古菌组成、数量和生态特征的认识，将为理解全球氮循环过程、提高氮素利用效率、减轻氮素环境危害提供重要依据。 本论文以土壤养分循环和平衡的长期定位试验站为研究地点，以分子生物学的方法包括Real-time PCR和DNA指纹技术（包括扩增rDNA限制性酶切和变性梯度凝胶电泳）为主要手段，对湖南祁阳红壤旱地和河南封丘潮土两个长期定位试验点展开调查，研究长期施肥处理对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度和群落结构的影响，同时根据实验结果，进一步探讨了不同土壤对施肥处理的响应，得到如下结果。 红壤旱地长期监测点祁阳试验区共8个处理：1）撂荒CK0；2）不施肥CK；3）施化学氮肥N；4）施氮磷NP；5）施氮钾NK；6）施磷钾PK；7）施氮磷钾NPK；8）施常量氮磷钾+常量有机肥（NPK+OM），分2006年1月和7月冬夏两季采集土壤样品。结果显示，长期施用氮肥显著降低了土壤pH值，土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌在不同处理间有显著差异，其中NPK+OM处理的amoA基因拷贝数数量显著高于其它处理，而施氮的矿质化肥处理显著最低。不同处理的氨氧化古菌amoA基因拷贝数在9.56 x 107-8.42 x 106拷贝数每克干土范围，高于氨氧细菌的amoA基因拷贝数（9.34 x 107-2.89 x 106拷贝数每克干土）。利用扩增rDNA限制性酶切的方法对氨氧化细菌群落结构的研究结果表明，所有获得的序列均属于类亚硝化螺菌属，分布于3个不同的簇，Cluster 3a、Cluster 3b和Cluster 10&11，处理间变异不大；而氨氧化古菌序列分布在以陆地来源的Cluster S和以海洋和沉积物来源的Cluster M，所有处理均能检测到属于Cluster S的序列，而在N、NP、NK和PK四个处理中还检测到了属于Cluster M的序列，表明长期施肥处理显著改变了土壤氨氧化古菌的群落结构。 封丘农业生态试验站土壤养分循环和平衡的长期定位试验共7个处理：1）CK；2）NP；3）NK；4）PK；5）NPK；6）1/2OMN（有机物+1/2NPK）；7）OM，分别在2006年和2007年的4月采样。结果发现不同处理间氨氧化细菌amoA基因拷贝数有显著差异，其中NP为最高，是CK处理的22.5倍，其次为NK，NPK和1/2OMN，CK最低。尽管土壤氨氧化古菌的amoA基因拷贝数在不同施肥处理间无显著差异，却显著高于氨氧化细菌的amoA基因拷贝数。对不同施肥处理的土壤样品采用变性梯度凝胶电泳的方法进行群落分析，发现所有含氮处理的氨氧化细菌都属于同一分支，PK和OM分布在同一分支，与CK形成三个分支。施用氮肥对土壤氨氧化细菌群落变化产生了显著的影响，不同处理均能检测到与Nitrosomonas属Cluster 7 相似的条带，即条带5，9，11；而其余条带则与Nitrosospia属的Cluster 3相似。不同施肥处理的氨氧化古菌变性梯度凝胶电泳图谱比较相似，聚类分析结果表明含氮的纯矿质化肥处理分成一类，其它处理为一类，条带分布除条带11-13 与Cluster M 相似外，其余条带都属于Cluster S。 利用室内培养的方法，以祁阳（QY）红壤、沈阳（SY）棕壤和封丘（FQ）潮土为研究对象，考察施入不同剂量的硫酸铵40天后土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落的响应情况。结果发现SY和FQ土壤NH4+-N含量在各处理间无显著差异，而QY的不同处理间差异显著；三种土壤NO3--N含量随施氮量的增加都显示出增加的趋势，FQ的不同处理间差异显著；FQ的氨氧化潜势为最高，其次是SY，最小的为QY。土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌的amoA基因拷贝数和群落结构在不同处理间均无显著差异。香农指数结果表明，QY氨氧化细菌的种群多样性要高于SY和FQ，而SY的氨氧化古菌的多样性高于其它两类土壤。说明短期施肥对氨氧化细菌和氨氧化古菌的丰度和群落结构未产生显著影响。 总之，氨氧化细菌对长期施肥处理的响应特性为检测土壤质量变化提供了重要的指示作用，而且土壤中大量氨氧化古菌的存在显示了其在氨氧化过程中的潜在价值，为进一步研究它们在氮素循环中的作用和地位提供了重要证据。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境生物学 |
| 公开日期 | 2010-05-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/241]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 沈菊培. 不同施肥处理下土壤氨氧化微生物丰度和群落多样性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
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