在阿特拉津应激和影响土壤微生物量和DNA因素影响下的土壤硫循环的基因进化和多样性分析

摘要

硫循环是水体沉积物中的一个活性生物学过程，是由硫酸盐还原菌(SRPS)和硫酸盐氧化菌(SOP)催化的。在矿化碳化合物的过程中，随着硫产生的异化硫酸盐还原主要是厌氧工艺，占海洋沉积物矿化碳化合物的一半。发生在无机硫化合物的异化硫酸盐氧化过程与硫酸盐还原菌的活性相比是更有效的。最近发现，异化的硫酸盐氧化作用在去除硫化物和海洋沉积物中都扮演重要的角色，这些成果都已经被报道过。相反，在那些硫浓度显著低于海水的淡水生境中，关于硫循环菌的研究却鲜有报道。
　　由于硫酸盐还原作用有低的可利用度，因此在这点上被认为是有限的作用，然而硫酸盐还原菌仍旧在低硫酸盐沉积物中对降解碳化合物有重要作用。化能自养的硫氧化菌具有氧化还原的能力，能以硫化合物为能源生长。这种能力被广泛分布在原核生物中。截至到目前为止，已知的硫氧化菌在细菌界主要是三个门（产水菌门、厚壁菌门和变形菌门），在古菌界是全古菌门。大多数的硫氧化菌属于变形菌门，同时被分为ε-，α-，γ-和β-变形菌。本研究主要分为两部分。第一部分是在阿特拉津胁迫下的土壤硫循环中基因的多样性分析。结果表明，在这项研究中得到的所有序列与aprA非常相似。在1-28天，0 mg/kg的阿特拉津均表现出最大的相似度水平(99％)。而20mg/kg阿特拉津浓度最大相似只在试验的开始。相似性序列的总体趋势表明，土壤样品中具有最高的阿特拉津浓度，而aprA基因序列却有最低匹配率。通过BLASTN比对发现，随着阿特拉津浓度的增加(0、20和50 mg/kg)，表现出与其他序列有较高的匹配率。研究发现，高浓度阿特拉津对土壤硫循环调控基因有影响。第二部分是为了计算环境和人为因素影响土壤微生物生物量和DNA。通过向土壤中添加有机肥料和无机肥料来分析它们在春季和夏季对土壤微生物生物量和DNA的影响;还有一个目的是为了观察土壤微生物生物量和土壤DNA之间的相关性。结果得出的结论是肥料的类型可能会改变土壤微生物生物量和DNA的含量。由于温度的增加，被有机肥料处理过的土壤中，夏天的微生物生物量和DNA含量浓度的比春季要高。相反，投加无机肥料，检测到的土壤微生物生物量和DNA的浓度更高的是夏季，而不是春季。计算土壤微生物生物量和DNA还有ODR之间的统计相关性，在春季和夏季以及有机和无机肥料高度显著(p＞0.01)。本研究证明了化肥和季节性变化对土壤微生物生物量的影响，也揭示了土壤微生物生物量和土壤DNA之间有显著的相关性。

目录

声明

摘要

Abstract

1 Introduction

1．1 Background study

1．2 Impact of Pesticide usage on Soil Microorganism

1．3 Atrazine Application History

1．4 Gains of Nutrients to Soil

1．5 Role of soil Microorganisms in Soil

1．6 Internal Transformations of Nutrients in Soil

1．7 Sulfur(S)

1．8 Gains of Sulfur to Soil

1．9 Microorganisms involved in soil sulfur cycle

1．10 Aims and Objectives of the Study

2 Materials and methods

2．1 Materials and Methods in Experiment 1

2．1．1 Plant materials and atrazine stress treatment

2．1．2 Measurement of the Ascorbate and Glutathione contents

2．1．3 Determination of Glutathione S-transferase and Glutathione Reductase

2．1．4 Determination of Hydrogen peroxide and superoxide radicals

2．1．5 Statistical analysis

2．2 Materials and Methods in Experiment 2

2．2．1 Plant materials and growth conditions

2．2．2 ROS detection by confocal laser scanning fluorescence microscopy(CLSM)

2．2．3 Enzyme extraction and antioxidant enzymes assays(APX，CAT and POD)

2．2．4 Reactive oxygen species quantification and Chlorophyll contents analysis

3 Result analysis

3．1 Soil Total DNA Extraction

3．2 PCR Products of aprA gene with soil total DNA as template

3．3 PCR Product Purification

3．4 Cloning and sequencing

3．5 Gene Bank Accession number and Identification of Closet Sequence

3．6 Similarity Analysis

3．7 Phylogenetic Analysis Based on aprA gene Sequence

3．8 Variability of Soil Microbial Biomass and DNA in Summer Season

3．9 Variability of Soil Microbial Biomass and DNA in Spring Season

3．10 Impact of Seasonal Variations and Fertilizers on Soil MB，DNA and ODR

3．11 Correlation between Spring and Summer Variations on Selected Parameters

4 Discussion

4．1 Influence of Atrazine on Soil Microbial Communities

4．2 Selection of Soil Sulfur 16S rRNA Genes

4．3 Evaluation of Microbial Diversity by using aprA Gene

4．4 Sulfate Reducing and Oxidizing Prokaryotic Diversity by Cloning of aprA Gene

4．5 Soil biological Indicators

4．6 Soil Microbial Biomass

4．6．1 Impact of Organic Fertilizers on soil Microbial Biomass

4．6．2 Impact of Inorganic fertilizers on soil Microbial Biomass

4．6．3 Impact of Seasonal Variations on soil Microbial Biomass

4．7 Relationship Between Soil Microbial biomass and soil DNA

5 Conclusion

Acknowledgement

References

Research Publication in Period of Ph．D Education