滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落结构和氨氧化功能群影响的研究

论文摘要

土壤微生物在生态系统营养物质循环过程,特别是碳、氮循环过程中扮演着重要的角色。土壤微生物群落结构与多样性、功能微生物菌群与生态环境之间的相互关系一直是研究者们关注的话题。随着现代生物学技术的快速发展,人们对不同生态系统中的微生物群落结构和功能有了一定的了解。崇明岛位于长江入海口,因其土壤发育时间较短、土地利用历史背景清晰、土壤本底较为均一,不同土壤围垦年代的土壤,代表了土壤发育年代的不同时期,所以人们在自然条件下可以用土壤发育的空间变化代替时间尺度上的变化,对土壤微生物群落进行研究,揭示人类长期的土地利用活动对土壤微生物群落和功能的变化。本研究以崇明岛农田、旱地和人工林地7个不同土壤发育年代的土壤为实验样品,采用了磷酸脂肪酸(PLFA)指纹图谱分析方法对农田和旱地土壤微生物群落结构进行了探讨；并对氨氧化过程中控制关键步骤的功能菌群氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA) amoA基因进行了实时荧光定量PCR的研究。研究发现,湿地沙滩土壤围垦以后,土壤微生物生物量显著降低,土壤微生物需要约70年的时间恢复原生境改变后这部分生物量的损失；人类长期的干扰活动增大了土壤微生物的生存压力,在滩涂土壤围垦后陆地生态系统的演变过程中,显著改变了土壤微生物的群落结构；不同的土地利用方式和围垦年代对土壤amoA基因的表达有显著影响；同时,AOA amoA基因相对于AOB占据主导地位。本研究工作有助于人们理解土壤发育过程中微生物群落的异化趋势以及氨氧化微生物在土壤N循环过程中的重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 土壤生态系统中的微生物
• 1.2 土壤微生物群落多样性与土壤功能
• 1.3 陆地生态系统环境因子和人类活动对土壤微生物群落的影响
• 1.3.1 草地生态系统中的土壤微生物
• 1.3.2 农田生态系统中的土壤微生物
• 1.3.3 森林生态系统中的土壤微生物
• 1.3.4 湿地生态系统中的土壤微生物
• 1.4 土壤微生物群落研究进展
• 1.5 土壤N循环相关微生物研究进展
• 1.6 上海市崇明岛概况
• 1.7 本研究的目的与意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 样点设置
• 2.2 取样方法
• 2.3 磷酸脂肪酸（PLFA）的提取和检测方法
• 2.3.1 PLFA的提取和检测
• 2.3.2 PLFA作为生物标记
• 2.3.3 多样性指数Shannon-Weiner的计算
• 2.4 土壤DNA的提取和纯化
• 2.5 AOA和AOB amoA基因实时荧光定量（q-PCR）实验方法
• 2.5.1 古菌amoA基因定量标准品的制备
• 2.5.2 细菌amoA基因定量标准品的制备
• 2.5.3 细菌和古菌amoA基因的实时荧光定量q-PCR分析
• 2.6 数据统计分析
• 2.7 实验技术路线图
• 第三章 结果
• 3.1 不同土地利用方式和土壤年代下土壤微生物的群落结构
• 3.1.1 PLFA标准曲线
• 3.1.2 土壤微生物多样性
• 3.1.3 PLFA作为生物标记
• 3.1.4 主成份分析
• 3.2 不同土地利用方式和土壤年代土壤氨氧化微生物定量分析
• 3.2.1 土壤DNA提取结果
• 3.2.2 细菌和古菌amoA基因标准曲线
• 3.2.3 不同年代和土地利用类型氨氧化微生物amoA定量结果
• 3.2.4 AOA和AOB amoA基因拷贝数的比较
• 3.2.5 土地利用类型、土壤围垦年代和amoA基因的相关分析
• 第四章 讨论
• 4.1 土地利用过程中的环境胁迫作用对微生物的影响
• 4.2 人类长期耕作活动对微生物群落的影响
• 4.3 不同土地利用方式和围垦年代与土壤氨氧化微生物群落
• 4.4 不同土地利用方式下AOA的优势地位
• 第五章 结论
• 5.1 不同生态系统演变过程中土壤微生物群落的异化趋势
• 5.2 长江河口湿地滩涂围垦后人类长期耕作活动对微生物群落功能的影响
• 参考文献
• 致谢