天津不同盐度土壤微生物群落结构特征及其适应机理研究

摘要

土壤微生物常作为土壤质量变化的重要参数。盐度作为影响土壤微生物的主要因素已经进行了部分研究，Sardinha认为盐度对土壤微生物的影响比重金属更严重。目前相关研究大多集中在盐度对土壤理化性质和微生物群落结构的影响上，而盐度对土壤微生物群落间相互作用的影响，这方面的研究较为缺乏。天津土壤盐渍化现象比较严重，是探究不同盐度水平下土壤微生物群落结构特征及其适应机理的理想地点。
　　本文将野外采样调查和室内实验分析相结合，利用16S rRNA基因测序技术分析天津不同盐度农田土壤微生物群落的多样性、组成和结构，并运用分子生态网络方法(pMENs)分析不同盐度水平胁迫下微生物间的相互作用，以探讨微生物应对盐胁迫的适应机理。主要研究结果如下:
　　(1)研究区域内采样点的土壤盐度从北部的蓟县，到中部的武清，再到南部的静海和大港呈现依次递增的趋势。土壤中的Cl-浓度也呈现由南至北递减的趋势。天津地处渤海之滨，历史上出现过多次海进海退，南部地区土壤可能受多次海进海退的影响而咸化。并且，基于土壤盐度的系统聚类分析结果显示:北部蓟县两个采样点的含盐量水平相近;中部武清两个采样点的含盐量相似;南部静海和大港的含盐量水平相近。因此，天津农田土壤盐度在空间分布上呈现由北至南依次递增的趋势，形成高、中、低三个不同的土壤盐度水平。
　　(2)土壤盐度显著影响土壤微生物群落多样性，且微生物多样性随盐度升高而降低。与M、L组相比，H组变形菌门(Proteobacteria)，拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度显著升高;而H组奇古菌门(Thaumarchaeota)和酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度显著降低。并且，相似性分析(ANOSIM)结果表明，H、M、L三组微生物群落组成显著不同(R=0.490＞0，P=0.001;R=0.329＞0，P=0.001)。基于序列相对丰度的主坐标分析(PCoA)结果表明，盐度改变了微生物群落结构。Mantel test分析结果表明土壤微生物群落组成与盐度极显著相关。
　　(3)分子生态网络(pMENs)的拓扑属性分析结果显示:与M、L网络相比，H网络的节点数(total nodes)较少，模块数(module)也较少;但H网络的连接线(total links)较多，平均连接度(average degree)较高，平均聚类系数(average clustering coefficient)也较高。表明盐度可能加强了微生物间的相互作用，高盐度水平下的网络可能会变得更为紧密。分子生态网络图显示:OTU间的相互作用大多数为正相关关系，只有极少数为负相关。表明微生物可能更倾向于相互合作以适应高盐环境或者具有相似的生态位。并且，Flavobacterium和Acidobacteria_Gp4的子网络分析结果显示:与M、L网络相比，子网络Fiavobacterium在高盐（H网络）时具有更复杂的相互作用关系，而Acidobacteria_Gp4与其他微生物间的相互作用在高盐环境中被削弱。表明不同微生物类群间的相互作用受到盐度的影响，且这种影响对不同的微生物类群是不同的。

目录

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摘要

第一章绪论

1．2．1盐度对土壤微生物生物量和多样性的研究进展

1．2．2盐度对土壤微生物组成和结构的研究进展

1．2．3土壤微生物对盐胁迫适应机理的研究进展

1．3研究内容与技术路线

1．3．1研究内容

1．3．2研究技术路线S

第二章研究区域概况及研究方法

2．1研究区域概况

2．1．1自然环境概况

2．1．2地理位置和经济发展状况

2．2实验材料与实验方法

2．2．1野外样品采集

2．2．2土壤理化性质测定

2．2．3高通量测序分析

2．3分析方法

2．3．1生物统计分析

2．3．2分子生态网络构建与网络分析

第三章土壤理化性质分析

3．1土壤理化性质分析

3．2土壤含盐量分析

第四章土壤微生物群落的生物统计分析

4．1土壤微生物群落多样性分析

4．2土壤微生物群落组成和结构分析

4．3土壤微生物群落组成与环境因子关系分析

4．4讨论

第五章土壤微生物群落的分子生态网络分析

5．1分子生态网络参数分析

5．2分子生态网络图分析

5．3分子生态网络的特征基因分析

5．4分子生态网络的OTU拓扑属性分析

5．5分子生态网络拓扑属性与环境因子相关性分析

5．6讨论

第六章结论与展望

6．2存在的不足及展望

参考文献

致谢