不同固沙群落土壤结皮层酶活性及微生物nifH、amoA、nosZ基因多样性研究

摘要

为了探讨科尔沁沙地生物结皮中微生物氮循环功能基因多样性随固沙群落植被类型和种植年限变化的规律，本研究选取28、17、13年生人工和天然小叶锦鸡儿，28、17和9年生山竹岩黄蓍，28和13年生差巴嘎蒿固沙群落为研究对象，研究了不同固沙群落生物结皮中土壤养分和酶活性变化，并采用PCR-DGGE结合克隆文库技术研究固氮基因（nifH）、氨氧化基因（amoA）和反硝化基因（nosZ）的多样性。
　　结果表明，不同种植年限和植被类型对土壤中有机质、全氮、有效氮和全磷的含量以及蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶和磷酸单酯酶活性均有极显著的影响:在同一固沙群落下小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿结皮中各指标随种植年限的增长而增长，山竹岩黄蓍与之相反。土壤有机质、全磷含量以及蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶和磷酸单酯酶活性与固沙群落种植年限之间存在显著的一元线性回归关系;小叶锦鸡儿结皮中各指标明显高于相同年限的结皮下土壤;差巴嘎蒿结皮中各指标明显低于小叶锦鸡儿和山竹岩黄蓍。
　　种植年限和植被类型对3种功能基因的多样性有显著影响，nifH和amoA基因多样性随种植年限增长的变化规律与土壤养分、酶活性的一致，nosZ基因多样性对种植年限变化的响应不显著;28和17年生的固沙植物群落中，小叶锦鸡儿结皮中的nifH基因和amoA基因多样性最高，而山竹岩黄蓍的nosZ基因多样性略高于其他两种结皮;13年生的固沙植物群落中，小叶锦鸡儿结皮中3种功能基因多样性高于差巴嘎蒿;小叶锦鸡儿结皮中nifH和amoA基因多样性明显高于结皮下土壤，17年生以上的小叶锦鸡儿人工群落土壤结皮层微生物多样性与天然群落相差不大。
　　通过克隆测序鉴定出的固氮菌主要来自于γ-变形菌纲、褐球固氮菌属和类芽孢杆菌属;氨氧化菌主要类群包括β-变形菌纲中的亚硝化螺菌属和亚硝化单胞菌属;含有nosZ基因的反硝化菌属于假单胞杆菌属、无色杆菌属和固氮螺菌属。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物结皮研究概况

1．1．1 生物结皮的形成及其演替研究进展

1．1．2 生物结皮中土壤微生物研究进展

1．2 土壤氮循环功能群和功能基因多样性研究进展

1．2．1 固氮作用中的微生物功能群和功能基因

1．2．2 硝化作用中的微生物功能群和功能基因

1．2．3 反硝化作用中的微生物功能群和功能基因

1．3 基于聚合酶链式反应的现代土壤微生物多样性研究方法

1．3．1 随机扩增的多态性DNA分析(RAPD)

1．3．2 限制性片段长度多态性分析(RFLP)／扩增性限制性酶切片段分析(ARDRA)

1．3．3 末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)

1．3．4 单链构象多态性分析(SSCP)

1．3．5 变性梯度凝胶电泳(DGGE)和温度梯度凝胶电泳(TGGE)

1．4 本研究的背景及意义

第2章 研究地区概况与研究方法

2．1 研究区域及人工固沙群落概况

2．2 研究内容及技术路线

2．3 样品采集及研究方法

2．3．1 土壤样品的采集

2．3．2 土壤养分的测定

2．3．3 土壤酶活性的测定

2．3．4 土壤微生物ntfH、amoA、nosZ基因多样性

2．3．5 主要条带的克隆测序

第3章 结果与分析

3．1 不同样品中土壤养分含量和酶活性

3．1．1 土壤养分的变化

3．1．2 土壤酶活性的变化

3．1．3 讨论

3．2 总DNA的提取和纯化

3．3 微生物nifH、amoA、nosZ基因的PCR扩增

3．4 固氮基因(nifH)PCR扩增产物的DGGE分离

3．4．1 DGGE图谱分析

3．4．2 多样性指数、均匀度指数和优势度指数

3．4．3 聚类分析

3．4．4 典型对应分析

3．5 氨氧化基因(amoA)PCR扩增产物的DGGE分离

3．5．1 DGGE图谱分析

3．5．2 多样性指数、均匀度指数和优势度指数的计算

3．5．3 聚类分析

3．5．4 典型对应分析

3．6 反硝化基因(nosZ)PCR扩增产物的DGGE分离

3．6．1 DGGE图谱分析

3．6．2 多样性指数、均匀度指数和优势度指数的计算

3．6．3 聚类分析

3．6．4 典型对应分析

3．7 主要功能基因条带的克隆测序及系统进化分析

3．7．1 克隆测序及菌种鉴定

3．7．2 优势菌种系统进化树的建立

3．7．3 讨论

第4章 结论

参考文献

致谢

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