风积沙采煤沉陷区AM真菌与其它土壤微生物的多样性及其分布

摘要

采煤沉陷可导致土壤侵蚀、土地生产力下降、地表裂缝、地表排水系统破坏等问题，并引起生物多样性变化、草地退化及沙化现象。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF)和植物根部的共生现象普遍存在于自然界，这种共生现象在植物根和土壤之间起到营养调节作用。本研究选取内蒙古神东矿区风积沙采煤沉陷区的不同类型样地，进行AM真菌多样性及其分布规律、AM真菌共生学特征、土壤养分和土壤微生物因子及其相关性研究，主要结果如下:
　　1.从风积沙区采煤沉陷区共分离出AM真菌5科9属27种，分别为Acaulospora属4种（其中2个未知种）、Entrophospora属1种、Claroideoglous属2种、Diversispora属2种、Scutellospora种1个及Glomus、Funnelifomis、Rhizophagus、Septoglomus属共13个种;未知属种4个;裂缝区分离出5属11种，非裂缝区分离出7属12种;扰动强度高的区域分离出6属14种，扰动强度低的区域分离出8属14种。其中，Septoglomus constrictum、Glomus convolutum、Funnelifomis mosseae为优势属种。
　　2.不同类型的样区间AM真菌多样性（孢子密度、丰富度、多样性指数等）存在差异，非裂缝样区的AM真菌孢子密度明显高于裂缝区(P＜0.05)，人类扰动强度小的样区AM真菌的孢子密度明显高于人类扰动强度大的样区（P＜0.05）。
　　3.风积沙采煤沉陷区的菌根植物比例达80％以上，不同植物菌根侵染率不同，多年生植物的侵染率均明显高于一年生植物(P＜0.05)。
　　4.分子多样性结果显示，AM真菌OTU（Operational Taxonomic Units，操作分类单元）分属于多孢囊霉属(Diversispora)、球囊霉属（Glomus）、苍耳管柄囊霉属（Funneliformis）、类球囊霉属(Paraglomus)、Ambispora、Sscutellospora、Claroideoglomus、Septoglomus及未知菌属，非裂缝区和人类扰动强度小的样区AM真菌OTU数目分别明显高于裂缝区和人类扰动强度大的样区(P＜0.05)。
　　5.样区土壤总体真菌数量为0.87-12.50×103个·g-1土样，细菌数量为0.95-7.00×107个·g-1土样，土壤微生物群落中细菌所占比例最高。土壤微生物量碳的范围为146.68-988.46 mg·kg-1;微生物量氮为27.55-116.17 mg·kg-1;微生物数量随土层深度增加呈下降趋势，差异明显(P＜0.05);裂缝与非裂缝区、人类扰动强度小和扰动强度大的样区中真菌与细菌的数量差异明显(P＜0.05)。
　　6.基于16S rRNA高通量测序，获得了土壤微生物的种类和类群组成;微生物类群结构组成OTUs分属包括酸杆菌门（Acidobacteria），变形菌门（Proteobacteria），绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteria）等主要类群的559个属。可培养微生物包括Arthrobacter、Bacillus、Brevibacterium、Chryseobacterium、Curtobacterium、 Pseudomonas、Rhodococcus、 Variovorax等属种细菌及Mortierella alpina等少数真菌。在微生物多样性和数量方面，裂缝区高于非裂缝区，扰动强度小的样区的高于扰动强度大的样区。
　　7.相关性分析结果表明，AM真菌孢子密度与土壤中全氮含量及真菌数量呈显著正相关(P＜0.01)，与植物物种的丰富度、土壤中过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶活性、有机质含量、速效氮、速效磷含量及含水量呈正相关（P＜0.05）。
　　本研究揭示了内蒙古神东煤矿风积沙采煤沉陷区AM真菌的种类多样性及其分布特征，在AM真菌群落水平及分子水平探讨了采煤沉陷区生物多样性与土壤因子的相互作用关系，为采煤沉陷区的生态系统稳定性研究、土地复垦、生态保护等方面提供了科学依据，并为该区域微生物资源保护及利用提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 国内外研究进展

1．1．1 研究区的生态环境概述

1．1．2 采煤沉陷和裂缝对生态环境影响的研究进展

1．1．3 矿区土地复垦研究概述

1．1．4 AM真菌在生态系统中的研究进展

1．1．5 AM真菌多样性分析与鉴定研究进展

1．1．6 矿区生物的多样性研究进展

1．2 研究目的和意义

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 采样区域

2．2 样品采集

2．3 菌根形态观察

2．4 AM真菌侵染率测定

2．5 AM真菌孢子分离与物种鉴定

2．6 AM真菌多样性指数

2．7 土壤磷酸酶活性测定

2．8 土壤理化性质的测定

2．9 土壤微生物数量和种类测定

2．10 土壤AM真菌18S rRNA和细菌16S rRNA测序分析

2．11 数据分析

第三章 结果与分析

3．1 风积沙区菌根植物的种类及分布

3．1．1 丛枝菌根真菌植物种类

3．1．2 菌根植物的分布特征及菌根类型

3．1．3 菌根侵染率

3．2 土壤非生物因子

3．2．1 土壤理化性质

3．2．2 土壤酶活性

3．3 风积沙区AM真菌的多样性

3．3．1 风积沙区AM真菌种类

3．3．2 风积沙区AM真菌多样性

3．3．3 风积沙区AM真菌分子多样性

3．4 土壤微生物多样性

3．4．1 风积沙区土壤微生物数量

3．4．2 可培养微生物种类

3．5 土壤微生物分子多样性

3．5．1 裂缝与非裂缝区土壤微生物分子多样性

3．5．2 不同扰动强度样区土壤微生物分子多样性

3．5．3 不同深度土壤微生物分子多样性

3．6 风积沙区生物与非生物之间的相互关系

3．6．1 土壤非生物因子与土壤微生物间的相互关系

3．6．2 土壤非生物因子与AM真菌间的相互关系

3．6．3 研究区植物与AM真菌之间的相互关系

4．1 风积沙区采煤沉陷区域常见植物AM真菌共生特征

4．2 风积沙区采煤沉陷区域土壤环境因子变化

4．3 风积沙区采煤沉陷区域AM真菌多样性及其分布特征

4．4 风积沙区采煤沉陷区域AM真菌分子多样性

4．5 风积沙区采煤沉陷区域土壤微生物多样性

4．6 风积沙区采煤沉陷区域AM真菌多样性及相关因子

第五章 结论与创新性

5．1 结论

5．2 创新性

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢