水稻土中活性硝化微生物群落结构及其相对贡献

摘要

本研究选取我国南方水稻主产区四种典型水稻土(四川资阳ZY，江苏江都JD，广东雷州LZ，浙江嘉兴JX)，通过微域培养、稳定性同位素探针(DNA-SIP).高通量测序和荧光实时定量PCR等技术，研究其活性硝化微生物群落组成和相对贡献。微域培养试验显示，每周添加100μg urea-Ng-1 dry weight soil的情况下，四种土壤硝化活性依此是ZY(11.9),JD(9.46),LZ(3.03),JX(1.43)μg N03-1 Ng-1 d.w.s day-1。qPCR和454高通量测序结果表明，硝化过程显著刺激了ZY、JD和LZ三种土壤中AOA的数量，但JX土壤中AOA数量没有明显变化;而AOB数量增加趋势恰好与AOA相反，如JX的硝化作用只刺激了AOB数量增长。进一步DNA-SIP试验发现，ZYD和LZ三种土壤中13C一标记的AOA细胞数是AOB的37.0-，10.5-和1.91-倍，而JX土壤中只有AOB被13C-标记。此外，四种土壤中NOB的13C-标记程度远高于AOA和AOB。系统遗传进化分析表明”C-活性AOA属于土壤group 1.1b的2914-cluster类群，该类群是最新被定义的一个AOA类群。四种土壤中NOB微生物主要属于耐低氧的Nitrospira类群而非Nitrobacter类群。土壤性质祸合分析发现，AOA和AOB的相对贡献率主要受土壤氧还原容量(oxc)和OM的影响，AOA偏向于选择低OXC和高OM的环境，AOB则相反。本研究表明水稻土长期淹水所导致的低氧和高有机质的特征可能是其独特的活性硝化微生物群落结构形成的主要原因。