三江平原沼泽湿地土壤微生物多样性研究

摘要

三江平原是我国最大的淡水湿地分布区，但近些年来，人类活动对三江平原的影响及其气候效应已经引起有关研究人员的关注。为了探讨三江平原沼泽湿地不同生态系统下土壤微生物种群结构和多样性特征，对三江平原沼泽湿地试验站的保护区进行定位研究，分析湿地不同生态系统下土壤微生物中细菌、真菌和放线菌数量，土壤微生物中细菌群落遗传多样性和功能多样性。结果如下：
　　传统微生物平板培养的结果表明，自然植被覆盖下的小叶章、退耕还草和毛果苔草与农田（旱田和水田）中土壤微生物群落具有很大的差异性，2007年和2008年的春夏秋三个季节中，不同生态系统土壤细菌群落数量最多，其次是放线菌，真菌最少;退耕还草区细菌、放线菌和真菌数量在2007年春季均为最多，表明植被丰富度会影响到土壤微生物群落的变化。旱罔在夏季三大菌群数量均相对较多，秋季土壤微生物数量有所下降，表明土壤有机质含量的增加会显著影响土壤微生物群落的改变。毛果苔草和水田由于积水的影响，各菌群群落相对较少。对2008年不同生态系统土壤微生物数量调查发现，旱田细菌、放线菌和真菌数量变化与2007年结果较为不一致，旱田区微生物数量在春季和夏季相对较高，秋季则为退耕还草区最高;表明湿地气候、土壤温度，植被覆盖，土壤有机质含量和土壤通气状况均会对湿地土壤微生物种群数量产生较大影响。
　　采用DGGE分析土壤细菌多样性的结果表明，2007年和2008年的三个季节中，小叶章、退耕还草和毛果苔草等自然植被覆盖下的湿地生态系统土壤微生物多样性相对高于农田，表明人为开垦降低了土壤微生物多样性。在调查的两年内，小叶章与退耕还草的土壤微生物群落结构相似性较高，表明退耕还草区植被在退耕还为湿地后的恢复状况良好;而农田生态系统与其他三种土壤样品相似性相对较低，说明人为耕作可影响土壤微生物群落结构发生改变。春季各生态系统在2007和2008两年间的H'值均相对较低，在夏季，各系统土壤微生物H'值均呈现上升趋势，可能由于植物生长旺盛，根系分泌物增多使土壤细菌H'值增加，表明三江湿地植被和温度在夏季对栖息于土壤中的微生物群落产生较大影响，影响程度因植被种类数量和覆盖度的不同而异。在秋季，由于农田生态系统土壤微生物种群丰富度有所下降，故使其微生物多样性指数也随之降低。
　　Biolog微平板技术分析湿地土壤微生物功能多样性，结果表明，旱田AWCD值、Shannon多样性和均匀度指数最高，退耕还草次之，毛果苔草最低;由于在夏季采集土壤样品，农田生态系统由于受到施肥的影响，土壤有机质含量增加，有研究表明，施肥可以显著的促进微生物群落的生长。旱田中土壤微生物群落对6类碳源的利用率最高，退耕还草居中，毛果苔草最低;各土壤样品微生物群落的主要利用碳源是其他类碳源和羧酸类碳源。
　　采用主成分分析得到了与Shannon多样性指数相类似的分析结果，主成分分析结果表明，糖类、羧酸类和其他类碳源是不同生态系统下土壤微生物群落的主要利用碳源。

目录

摘要

1 绪论

1．1 湿地概念、作用以及意义

1．2 湿地土壤微生物作用及其相关研究

1．2．1 湿地土壤微生物群落特性

1．2．2 湿地土壤微生物代谢活性

1．2．3 湿地土壤微生物的生态学功能

1．3 土壤微生物多样性研究方法

1．3．1 微生物平板培养方法

1．3．2 碳素利用法

1．3．3 变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术

1．3．4 其它分析技术的应用

1．4 三江平原沼泽湿地介绍及研究

1．5 目前存在问题

1．6 研究的目的、意义与内容

1．6．1 研究目的、意义

1．6．2 研究内容

2 不同生态系统土壤微生物数量变化

2．1 试验材料

2．1．1 试验设置

2．1．2 仪器设备及试剂

2．2 试验方法

2．2．1 土壤悬液制备

2．2．2 土壤悬液稀释度选择

2．2．3 培养基制备

2．2．4 接种和恒温培养

2．2．5 土壤含水量和微生物菌落数量测定

2．2．6 数据分析

2．3 结果与分析

2．3．1 不同生态系统土壤细菌数量变化

2．3．2 不同生态系统土壤真菌数量变化

2．3．3 不同生态系统下土壤放线菌数量变化

2．4 讨论

2．5 小结

3 不同生态系统土壤微生物遗传多样性特征

3．1 试验材料

3．1．1 仪器设备及试剂

3．2 试验方法

3．2．1 土壤微生物基因组总DNA的提取

3．2．2 PCR扩增16S rDNA V3区

3．2．3 琼脂糖凝胶电泳检测

3．2．4 变性梯度凝胶电泳检测

3．2．5 DGGE图谱与数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 土壤微生物基因组总DNA提取和PCR扩增

3．3．2 春季土壤微生物多样性分析和聚类分析

3．3．3 夏季土壤微生物多样性分析

3．3．4 秋季土壤微生物多样性分析

3．3．5 不同生态系统下土壤微生物Shannon-Weiner(H')动态变化

3．4 讨论

3．5 小结

4 不同生态系统土壤微生物功能多样性特征

4．1 试验材料

4．1．1 仪器设备及试剂

4．2 试验方法

4．2．1 土壤样品采集

4．2．2 土壤水分含量测定

4．2．3 BIOLOG检测

4．2．4 数据分析方法

4．3 结果与分析

4．3．1 土壤微生物AWCD值动态变化

4．3．2 不同生态系统下土壤微生物丰富度指数分析

4．3．3 不同生态系统下土壤微生物对各类碳源利用率分析

4．3．4 不同生态系统下各类碳源主成分分析

4．4 讨论

4．5 小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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