大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落特征及与环境因子关系

摘要

微生物在多年冻土生物地球化学循环中发挥着极其重要的作用，可以作为寒区生态系统变化的早期预警和敏感生物指标。在全球变暖的背景下，多年冻土退化必然会直接或间接地影响土壤微生物群落结构以及由微生物调控的多种土壤生态过程，进而改变多年冻土区森林生态系统的结构和功能。本文以大兴安岭多年冻土区土壤微生物为研究对象，系统分析不同林型（落叶松林、樟子松林、白桦林）土壤微生物群落结构及多样性特征，探讨冻土微生物与环境因子间的内在联系，揭示寒区森林生态系统对多年冻土退化的响应规律，为准确预测未来气候变化对寒区环境的影响提供科学依据。 1、磷脂脂肪酸(PLFA)分析结果表明，3个林型分别检测出32种（落叶松林）、33种（樟子松林）和36种（白桦林）PLFA，均以细菌为主要优势类群(83.78％-90.55％)，真菌次之(5.87％-12.48％)，放线菌最少(2.47％-3.90％)。总磷脂脂肪酸、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、放线菌、真菌表现为白桦林最高，樟子松林最低。Shannon多样性指数在白桦林最高(3.09)，樟子松林最低(2.927)，McIntosh优势度指数在落叶松林最高(6.297)，樟子松林最低(4.238)。主成分分析(PCA)表明，第1主成分和第2主成分共解释了土壤微生物群落结构总变异的77.9％，不同林型土壤微生物群落结构存在显著差异。 2、Illumina高通量测序结果表明，3个林型共测到有效的细菌序列79714条，归为43门、147纲、285目、458科、671属。不同林型间土壤细菌优势菌群在门水平上相对丰度存在一定差异，变形菌门(Proteobacteria)在白桦林中相对丰度最高(38.86％)，在樟子松林中最低(33.18％);酸杆菌门(Acidobacteria)在白桦林中相对丰度最高(38.44％)，在落叶松林中最低(16.25％)。Chao菌群丰度指数及Shannon多样性指数均表现为樟子松林最高，分别为16082和10.142，白桦松林最低，分别为9703及8.660。3种不同林型共测到有效的真菌序列59357条，归为10门、32纲、93目、201科、393属。不同林型间土壤真菌优势菌群相对丰度存在一定差异，担子菌门(Basidiomycota)相对丰度在白桦林中最高(60.63％)、落叶松林中最低(42.27％);子囊菌门(Ascomycota)相对丰度在落叶松林中最高(51.20％)、白桦林中最低(37.76％);Chao菌群丰度指数表现为落叶松林最高(1929)，樟子松林最低(1580);Shannon多样性指数表现为落叶松林最高(7.035)，白桦林最低(5.405)。主成分分析(PCA)表明，不同林型间土壤细菌、真菌群落结构存在显著差异。 3、大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落结构与土壤环境因子间冗余分析表明:总磷脂脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌与含水量、全氮和总有机碳呈显著正相关(P＜0.05)，与碳氮比和pH值呈显著负相关;放线菌、真菌与铵态氮、硝态氮和全磷呈显著正相关(P＜0.05)。土壤细菌菌群与各环境因子冗余分析结果表明:土壤细菌优势菌群变形菌门(Proteobacteria)与全磷呈显著正相关(P＜0.05)，酸杆菌门(Acidobacteria)与含水量、全氮呈显著正相关(P＜0.05)，放线菌门(Actinobacteria)与pH值呈显著正相关(P＜0.05)。土壤真菌菌群与各环境因子冗余分析结果表明:土壤真菌优势菌群担子菌门(Basidiomycota)与TP显著正相关(P＜0.05)，子囊菌门(Ascomycota)与含水量和全氮呈显著正相关(P＜0.05)，接合菌门(Zygomycota)与NH4+-N呈显著正相关(P＜0.05)。

目录

摘要

第1章绪论

1．1多年冻土生态系统

1．2冻土微生物研究进展

1．2．1冻土微生物的功能和意义

1．2．2冻土微生物研究方法

1．2．3冻土微生物国内外研究现状

1．3研究的目的及意义

1．4研究内容及技术路线

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

第2章材料与方法

2．1研究区概况

2．2土壤样品采集和理化性质分析

2．3土壤微生物磷脂脂肪酸测定

2．4土壤微生物高通量测序

2．4．1土壤DNA提取

2．4．2 Illumina高通量测序结果分析

2．5数据分析

第3章磷脂脂肪酸法分析土壤微生物群落结构特征

3．1不同林型土壤微生物群落特征

3．2不同林型土壤微生物群落主成分分析

3．3不同林型土壤微生物多样性

第4章Illumina高通量测序分析土壤微生物群落特征及多样性

4．1 Illumina高通量测序技术分析土壤细菌群落特征

4．1．1不同林型门、纲水平的优势菌群分布特征

4．1．2不同林型土壤中细菌PCA分析

4．1．3不同林型土壤细菌多样性特征

4．2 Illumina高通量测序技术分析土壤真菌群落特征

4．2．1不同林型门、纲水平的优势真菌菌群分布特征

4．2．2不同林型土壤中真菌PCA分析

4．2．3不同林型土壤细真菌多样性指数

第5章冻土微生物群落特征与环境因子相关性分析

5．1不同林型土壤理化性质分析

5．2磷脂脂肪酸与土壤环境因子相关性分析

5．3细菌菌群与土壤环境因子相关性分析

5．4真菌菌群与土壤环境因子相关性分析

第6章讨论与结论

6．1讨论

6．2结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表和参与的论文

声明

致谢