外源纤维素诱导对荒漠生物土壤结皮细菌群落结构的影响

摘要

目前全球荒漠化形势严峻，特别是内蒙古为多荒漠地区。生物土壤结皮在荒漠中能够遏制土壤荒漠化以及为荒漠地区的生态系统恢复提供良好的基础环境。纤维素降解细菌是荒漠土壤微生物生理主要类群之一，对荒漠生态系统维持稳定和修复有重要作用。已有研究表明秸秆还田可改善土质、引起微生物群落结构的变化，而外源纤维素的加入对 BSCs微生物群落结构的影响还未见报道。
　　本研究通过对 BSCs中添加不同纤维素材料进行诱导，检测细菌和CDB群落结构的动态变化：定期取样，一部分样品运用纯培养方法进行可培养细菌和纤维素降解菌的计数，以及纤维素降解菌的分离筛选；另一部分样品提取土壤总 DNA，对细菌16S rDNA V3-V5区进行 PCR扩增，进行 DGGE分析。研究结果表明：
　　（1）加入麦秸可极大地提高土壤中可培养纤维素降解菌和细菌的数量，而加木屑的样品与对照相比，变化不明显。10天起加麦秸样品的可培养纤维素降解菌的数量开始迅速增加，30天时数量达到最大。60天到100天时各样品的可培养纤维素降解菌和总细菌的数量趋于平稳，到100天时，加外源纤维素的样品可培养细菌和纤维素降解菌的数量都高于对照组的。
　　（2）本实验从纤维素降解菌计数培养基上分离筛选到8株具有纤维素降解能力的细菌（编号：YD1、YD2、YD3、YD4、YD5、YD6、YD7和YD11），分子鉴定结果表明，他们分别与 Acinetobacter calcoaceticus，Pseudomonas fluorescens，Streptomyces humidus，Bacillus subtilis，Bacillus megaterium，Gordonia terrae，Arthrobacter nicotinovorans，Stenotrophomonas maltophilia的16S rDNA序列同源性最高，达到99％。系统发育树分析也表明它们与其最同源序列遗传关系最近，因此可初步确定它们分别为 Acinetobacter calcoaceticus，Pseudomonas fluorescens，Streptomyces humidus，Bacillus subtilis，Bacillus megaterium，Gordonia terrae，Arthrobacter nicotinovorans，Stenotrophomonas maltophilia。其中 YD7和YD11只出现于加纤维素诱导样品的计数平板上，而对照组中没有观察到。说明在外加纤维素材料的情况下，一些纤维素降解菌可明显富集。YD4的CMCase酶活明显高于其他菌株，达到17.5 IU。
　　（3）从 DGGE图谱分析来看，加入纤维素后结皮中细菌的丰富度和多样性都会增加，而且易降解的秸秆的样品的丰富度和多样性最大，加木屑的次之；由聚类分析和PCA分析表明，同种处理的样品基本都聚在一起，加秸秆的样品与对照样品的差异最大；通过对优势条带的测序比对发现，梭菌属在所有样品终所占的比例最大，因此我们判断生物结皮中纤维素的降解过程中，厌氧的梭菌属可能起了重要作用；虽然纤维素加入后，各样品的细菌组成发生了很大变化，但是优势类群始终是厚壁菌门、α-变形菌纲，只是在每个样品中所占的比例不同。
　　综上，外源纤维素加入后，对细菌群落的结构和组成及细菌数量都有很大的影响。而且一些纤维素降解菌及其他功能细菌在外源纤维素的诱导下，在数量和组成上显著增加。这些功能菌的变化有助于纤维素物质的分解，从而增加了结皮中营养物质，提高土壤肥力，对荒漠生态系统的恢复具有积极作用。

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1 引言

1.1 荒漠化的危害及其防治

1.2 生物土壤结皮及其微生物组成

1.3 纤维素及其降解微生物

1.4 生物结皮中纤维素降解菌多样性的研究方法

1.5 变性梯度凝胶电泳技术

1.6 本研究的目的、意义及内容

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

3 结果和分析

3.1 可培养细菌与纤维素降解菌数量的动态变化

3.2 可培养纤维素降解细菌的分离、筛选及初步鉴定

3.3 DGGE 分析外源纤维素诱导对荒漠生物土壤结皮细菌群落结构的影响

4 讨论

4.1 可培养细菌与纤维素降解菌数量的动态变化

4.2 可培养纤维素降解细菌的分离、筛选及初步鉴定

4.3 各样品细菌群落结构的动态变化

4.4 纤维素降解菌的多样性

5 结论

致谢

参考文献

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