青藏公路沿线土壤微生物群落结构特征的研究

摘要

青藏公路横穿青藏高原。青藏公路沿线冻土的性质、气候的变化、地理时空差异等，都会影响土壤微生物的多样性与群落结构。目前，关于青藏公路沿线土壤微生物群落结构与多样性的系统研究还较少，而研究青藏公路沿线土壤微生物群落结构与多样性及其影响因素，对分析青藏高原的生态系统和环境气候变化等都具有重要的参考价值。
　　我们采集了青藏公路沿线10个位点的土壤样品，运用微生物培养方法、Biolog技术和16SrDNA克隆文库技术等，研究了土壤样品的理化性质、可培养微生物的数量、土壤微生物多样性、土壤微生物群落结构，以及各因子之间的相关性，主要研究结果如下。
　　1.青藏公路沿线土壤可培养微生物的数量介于0.77×106cfu·gdw-1～2.44×107cfu.gdw-l之间，沿青藏公路从南（申格里贡山）到北（西大滩），土样中可培养的细菌与真菌数量表现为先迅速减少，然后渐趋平缓;可培养的放线菌数量先减少后增加。
　　2.青藏公路沿线从南（申格里贡山）到北（西大滩），土壤总氮、有机碳和含水量逐渐降低，而pH逐渐升高。青藏公路沿线土壤总氮含量在0.07％～0.44％之间，有机碳含量在0.56％-3.81％之间，含水量在3.O％-38.1％之间，pH在6.8～8.4之间。在本研究的10个位点中，除申格里贡山土壤pH偏酸性外，其余位点都偏碱性。
　　3.可培养的细菌和真菌数量与总氮含量、有机碳含量和含水量均呈显著正相关，可培养放线菌的数量与细菌数量密切相关。此外，可培养细菌与真菌数量受纬度的影响，且均与纬度呈显著负相关。
　　4.青藏公路沿线10个位点土壤中，真菌/细菌比率整体呈现了先升高后降低的变化规律，并在通天河点达到了最大值，为13×10-2。此外，C/N比率也呈现出了类似的规律，先升高并在通天河位点达到最大，然后出现降低趋势。相关性分析表明，青藏公路沿线真菌/细菌比率与C/N(r=0.812，P　　5.青藏公路沿线不同位点土壤中微生物利用碳源能力存在一定的差异，如申格里贡山与安多样品中微生物对碳源利用的优先顺序一致，但申格里贡山土壤中微生物对碳源利用率要明显高于安多。西大滩与可可西里土样中微生物对碳源利用的优先顺序存在一定的差异，且西大滩位点中的微生物对碳源的利用率要高于可可西里。温泉土样中的微生物利用率最高的碳源是酯类碳源，这与其它位点存在一定的差异。一些位点中的微生物对某些碳源不具备利用能力，如可可西里土壤样品中的微生物随着培育时间的增加对单糖\糖苷\聚合糖类碳源利用率始终为零。
　　6.Biolog技术中AWCD(AverageWellColorDevelopment)值是土壤中微生物群落多样性指标。青藏公路沿线土壤微生物多样性从南（申格里贡山）到北（西大滩）先迅速减少，然后呈现波浪形增加趋势。其中申格里贡山和安多位点土样中微生物多样性相对最高，而可可西里土样中微生物多样性相对较小。此外，根据Shannon多样性指数与Mcintosh多样性指数特征，青藏公路沿线不同位点土壤微生物利用多样性碳源的能力依次是申格里贡山>安多>通天河>西大滩>风火山>沱沱河>五道梁>温泉>二道沟>可可西里。
　　7.青藏公路沿线不同位点土壤微生物多样性与利用碳源多样性的能力受到环境因素的影响，土壤理化因素是影响不同位点样品中微生物多样性与利用碳源多样性能力的主要因素，另外纬度对样品中微生物利用碳源多样性的能力会产生一定的影响。
　　8.青藏公路沿线4个位点土壤微生物主要为蓝细菌门(Cyanobacteria)，变形菌门(Proteobacteria)，放线菌门(Actinomycetes)，酸杆菌门(Acidobacteria)，拟杆菌门(Bacteroidetes)，疣微菌门(Verrucomicrobia),芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)，绿弯菌门(Chloroilcxi)，浮霉菌门(Planctomvcetes)，异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)，未分类(Unclassified)10个类群。其中优势种群为变形菌门、酸杆菌门和放线菌门。
　　9.在青藏公路沿线4个位点样品中，环境因子对不同微生物类群的影响存在差异。影响微生物群落结构组成的重要影素是经度、纬度和海拔等空间因素。如蓝细菌门的比例与经度和纬度都呈显著负相关，拟杆菌门的比例与海拔呈显著负相关。不同的菌门对环境因子的变化的响应不同，如芽单胞菌门与拟杆菌门对海拔的变化响应结果相反,芽单胞菌门与海拔显著正相关。放线菌门与疣微菌门主要受到土壤理化因素的影响，土壤中总氮、有机碳和含水量与放线菌门的比例都呈显著正相关，pH与疣微菌门的组成比例呈显著负相关。植被丰度对变形菌门的比例存在一定的影响，两者呈显著负相关关系。本研究在西大滩冻土中发现了异常球菌.栖热菌门，该菌门属于嗜热微生物，且空间因素对该菌门影响较大。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 青藏公路沿线环境特征

1．1．1 青藏公路沿线的冻土分布特征

1．1．2 青藏公路沿线的植被群落特征

1．1．3 青藏公路沿线的气候特征

1．2 青藏高原土壤微生物群落结构特征

1．3 影响冻土微生物的因素

1．3．1 空间因素对冻土微生物的影响

1．3．2 植被因素对冻土微生物的影响

1．3．3 土壤理化因素对冻土微生物的影响

1．3．4 温度对冻土微生物的影响

1．3．5 冻融对冻土微生物的影响

1．4 微生物生态学研究方法

1．4．1 微生物群落的自动鉴定技术BIOLOG微平板方法

1．4．2 16SrDNA克隆文库技术

1．5 研究目的与意义

2 材料与方法

2．1 样品的采集

2．2 土壤理化性质的测定

2．3 可培养微生物计数

2．4 Biolog微生物群落多样性检测

2．5 16SrDNA克隆文库

2．5．1 土壤总DNA的提取

2．5．2 16SrDNA保守序列的扩增

2．5．3 16SrDNA克隆文库的构建

2．6 系统树发育分析

3 结果与讨论

3．1 青藏公路沿线土壤可培养微生物数量特征

3．2 青藏公路沿线土壤理化性质

3．3 青藏公路沿线土壤C／N与真菌／细菌比率

3．3 相关性分析

3．4 小结

3．5 青藏公路沿线土壤微生物多样性

3．5．1 主要碳源种类

3．5．2 不同位点土壤微生物碳源利用程度

3．5．2 不同位点土壤AWCD值

3．5．3 不同位点碳源利用多样性

3．5．4 相关性分析

3．5．5 小结

3．6 青藏公路沿线土壤微生物群落结构

3．6．1 16SrDNA克隆文库库容量

3．6．2 4个位点的微生物群落结构组成

3．6．3 相关性分析

3．6．4 小结

4 结论

致谢

参考文献

7 研究成果

8 附录