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淹水时间对水稻土中厌氧粘细菌群落结构和丰度的影响

作 者: 夏淑红
导 师: 王保莉
学 校: 西北农林科技大学
专 业: 生物化学与分子生物学
关键词: 厌氧粘细菌 水稻土 群落演替 RFLP 丰度
分类号: S154.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


厌氧水稻土中的微生物铁还原过程竞争电子供体乙酸盐,强烈抑制甲烷生成,因此调控水稻土中的微生物铁还原过程已成为控制稻田甲烷产生的有效途径之一。研究表明厌氧粘细菌能以大多数微生物难利用的晶体氧化铁为电子受体,支持生长,因此其铁还原作用受到高度的重视。已经在厌氧沉积环境和水稻土中分离出了厌氧粘细菌,并在水稻根际土中检测到厌氧粘细菌的16S rDNA序列。然而,与地杆菌相比,关于厌氧粘细菌的铁还原能力的研究仍极其有限。尽管已经报道了氧化铁形态、重金属离子、电子供体、pH和温度等对水稻土中异化铁还原能力的影响,但是对于铁还原微生物,特别是淹水过程中厌氧粘细菌的丰度、群落组成及其演替变化与水稻土铁还原能力的关系的研究仍鲜有报道。本试验通过模拟水稻土淹水过程,分析厌氧粘细菌群落结构和丰度随淹水时间的动态变化特征,揭示这种变化与水稻土铁还原能力之间的联系,为进一步阐明厌氧粘细菌在土壤中的环境功能提供必要的理论依据。水稻土样品分别采集于汉中和浙江。采用PCR-RFLP方法分析淹水1 h、1 d、5 d、10 d、20 d和30 d的厌氧水稻土中厌氧粘细菌的群落结构;通过Real time PCR技术分析厌氧粘细菌的相对丰度;应用厌氧泥浆培养方法测定水稻土中Fe(Ⅲ)还原量变化。获得的主要结果如下:1.汉中水稻土的最大铁还原潜势为10.16 mg/g,最大反应速率(Vmax)为1.064 mg/(g·d),最大反应速率对应的时间(TVmax)为4.84 d;浙江水稻土的最大铁还原潜势为8.270 mg/g,Vmax为1.341 mg/(g·d),TVmax为3.36 d。表明汉中和浙江水稻土铁还原能力明显不同。2.淹水1 h至30 d过程中,从汉中水稻土所构建的克隆文库中分别得到41、37、51、31、62和66个OTU,库容值介于73.79%-90.40%之间;浙江水稻土中,分别得到43、42、43、49、39和45个OTU,库容值介于80.45%-89.60%之间。各处理中均出现了明显的优势类型。3.不同淹水时间处理的α多样性存在差异,在汉中水稻土中,淹水20 d的多样性最高,10 d处理的最低;浙江水稻土中,淹水30 d的多样性最高,20 d处理的最低。汉中水稻土中,HZ-1d与HZ-10d处理间的群落相似性最高,而HZ-10d与HZ-30d处理间的最低;浙江水稻土中,ZJ-1h与ZJ-1d处理间的群落相似性最高,ZJ-1h与ZJ-30d处理间的最低。淹水1 d的汉中和浙江土中的群落相似性最高,而淹水20 d的群落组成差异最大。整体上来看,不同淹水处理间以及不同水稻土之间的相似性均较低。4.不同淹水时间处理的汉中和浙江水稻土分别产生11种和10种优势类型,在淹水过程中发生了动态演替变化。16S rRNA基因的系统发育树分析表明所有优势类型均隶属于厌氧水稻土中的厌氧粘细菌;将汉中水稻土中的优势类型分为3组,其中Group1中的5种优势类型均隶属于具有异化铁还原功能的厌氧粘细菌;浙江水稻土可分为Group4和Group5两组,且Group5中的优势类型与具有异化铁还原功能的厌氧粘细菌密切相关。5.淹水过程中,厌氧粘细菌的相对丰度发生波动性变化;汉中水稻土中HZ-1d处理的相对丰度最低为0.588%,HZ-30d的最高为5.150%;浙江水稻土中ZJ-1h处理的相对丰度最低为0.024%,ZJ-10d处理最高为0.514%。厌氧粘细菌在汉中水稻土中的丰度比浙江土的高1个数量级。总体上看,不同类型水稻土中厌氧粘细菌群落结构和丰度不同,但是淹水处理过程中均发生了群落结构和相对丰度的动态变化,而且这种动态变化与水稻土Fe(Ⅲ)还原能力密切相关。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 异化铁还原过程  11-14
    1.1.1 异化铁还原的概念  11
    1.1.2 异化铁还原微生物  11-12
    1.1.3 异化铁还原作用的机理  12-13
    1.1.4 异化铁还原的地学和环境生态意义  13-14
  1.2 水稻土中的异化铁还原作用  14-16
  1.3 厌氧粘细菌的研究进展  16-18
  1.4 本研究的目的意义、研究内容和技术路线  18-20
    1.4.1 目的和意义  18
    1.4.2 研究内容  18-19
    1.4.3 技术路线  19-20
第二章 材料和方法  20-25
  2.1 材料  20-21
    2.1.1 供试土壤  20
    2.1.2 试剂  20
    2.1.3 主要仪器设备  20-21
    2.1.4 菌种和PCR 扩增引物  21
    2.1.5 主要应用软件  21
  2.2 试验方法  21-25
    2.2.1 土样的采集  21
    2.2.2 厌氧恒温培养及土样中Fe(Ⅲ)还原量测定  21-22
    2.2.3 感受态细胞的制备  22
    2.2.4 厌氧粘细菌群落多样性  22-24
    2.2.5 厌氧粘细菌的丰度测定  24-25
第三章 结果与分析  25-46
  3.1 淹水过程中土壤的铁还原特征  25-26
  3.2 厌氧粘细菌16S rRNA 基因的PCR 扩增  26
  3.3 厌氧粘细菌16S rRNA 基因克隆文库的构建和菌落PCR 鉴定  26-27
  3.4 厌氧粘细菌16S rRNA 基因克隆文库的酶切聚类分析  27-29
  3.5 厌氧粘细菌16S rRNA 基因克隆文库的RFLP 分析  29-33
  3.6 不同淹水时期水稻土中厌氧粘细菌的多样性分析  33-38
    3.6.1 厌氧粘细菌克隆文库的α多样性分析  33-35
    3.6.2 厌氧粘细菌的β多样性分析  35-38
  3.7 优势类型的演替变化  38-40
    3.7.1 淹水处理的汉中水稻土中优势类型的演替变化  38-39
    3.7.2 淹水处理的浙江水稻土中优势类型的演替变化  39-40
  3.8 淹水条件下水稻土中优势厌氧粘细菌的系统发育分析  40-44
    3.8.1 淹水处理的汉中水稻土中优势厌氧粘细菌的系统发育分析  40-41
    3.8.2 淹水处理的浙江水稻土中优势厌氧粘细菌的系统发育分析  41-44
  3.9 厌氧粘细菌的丰度分析  44-45
  3.10 小结  45-46
第四章 讨论  46-50
  4.1 淹水时间对水稻土中厌氧粘细菌的群落多样性的影响  46-47
  4.2 淹水时间对水稻土中厌氧粘细菌优势类群的影响  47-48
  4.3 厌氧粘细菌丰度变化与淹水培养水稻土Fe(Ⅲ)还原能力的关系  48-50
第五章 结论与展望  50-52
  5.1 主要结论  50-51
  5.2 研究展望  51-52
参考文献  52-57
附录  57-83
致谢  83-84
作者简介  84

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