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基于高通量测序技术下土壤微生物群落结构的研究

作　者: 李桥
导　师: 郭笃发
学　校: 山东师范大学
专　业: 环境科学
关键词: 土壤微生物群落结构高通量测序
分类号: S154.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

土壤微生物是土壤中乃至生态系统的重要组成部分，在土壤的形成与发育、有机质分解、物质转化与能量传递、地球生物化学循环与生物修复等方面均起着重要的作用。土壤微生物对环境的作用即微生物的功能多样性主要是通过多种多样的代谢方式和生理功能来实现的，因此微生物多样性可以被认为是评价自然或人为干扰引起的土壤变化的重要指示因子。由于微生物对生态系统作用这么明显，所以研究黄河三角洲的盐碱地土壤的土壤微生物有非常深远的意义。近年来，黄河三角洲湿地生态系统的脆弱性得到了许多研究者的关注。土壤微生物能够改善湿地生态系统的稳定性，其分布的地域规律性以及盐生植被演替对其的响应规律是近年来研究的热点，黄河三角洲湿地也就成为研究土壤微生物群落结构的重要场所。本研究在黄河三角洲黄河口自然保护区内，选取一条能够代表植被原生演替过程的典型湿地植物群落带进行研究。由与海岸线距离远近，顺序为光板地→翅碱蓬群落→柽柳群落→獐茅群落→罗布麻群落→白茅群落→棉花群落。通过测定土壤中水分含量、电导率、活性有机质、水溶性磷、腐殖质、碱解氮及过氧化氢酶、脲酶，研究植被原生演替过程中0-20cm深度下土壤理化性质的变化规律。利用高通量测序技术对黄河三角洲湿地不同植被下土壤中微生生物进行测序，得到了土壤微生物从在门、纲、目、科、属上各细菌的群落组成。所有30874条序列分属于细菌的17个门，其中主要的门主要包括Proteobacteria（变形菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）、Actinobacteria （放线菌门）、Planctomyctes（浮霉菌门）、Firmicutes（厚壁菌门）、Acidobacteria（酸杆菌门）、 Chloroflexi（绿弯菌门）、Verrucomicrobia（疣微菌门），所占比例分别为44.67%、7.05%、9.2%、2.16%、2.15%、6.36%、1.70%、1.07%，其中属于Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Acidobacteria门的序列总和占全部序列的67.28%，这些微生物为优势菌种，其中变形菌门为主要优势类群。这表明尽管取样地点不同，但是处于相同生境中微生物类群的相似性。然而，不同植被类型阶段的主要土壤微生物群落结构也存在明显不同。通过研究不同演替下植被对土壤微生物群落结构的影响，可知Proteobacteria、Actinobacteria和Acidobacteria的相对丰富度有显著性差异，其中Proteobacteria是优势类群。在重盐胁迫下，Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria的相对丰富度有显著性差异。在轻盐胁迫下，Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidete和Acidobacteria的相对丰富度有显著性差异。在耕作下，Proteobacteria和Bacteroidetes的相对丰富度较演替植被白茅有下降趋势，说明除含盐量外，还有其他因素会对土壤微生物的群落结构产生影响。运用计算公式计算出土壤微生物的生物多样性指数。知光板地土壤中细菌多样性相对最少，随着植被的覆盖细菌多样性有增加趋势。通过对理化性质对各土壤微生物的相对丰富度及微生物多样性指数进行研究，得出除电导率外，脲酶活性和土壤腐殖质是影响土壤微生物相对丰富度和微生物多样性指数的主要因素。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
符号说明  11-12
1 前言  12-18
  1.1 选题背景及研究意义  12-14
  1.2 高通量测序技术的出现  14-15
  1.3 黄河三角洲湿地研究进展  15-18
    1.3.1 黄河三角洲湿地植被研究进展  15-16
    1.3.2 黄河三角洲湿地土壤研究进展  16-17
    1.3.3 黄河三角洲土壤微生物研究进展  17
    1.3.4 黄河三角洲植被演替与微生物群落结构关系研究  17-18
2 研究内容与技术路线  18-24
  2.1 创新点  18
  2.2 研究内容  18
  2.3 技术路线  18-20
  2.4 土壤微生物群落结构研究方法  20-22
    2.4.1 传统的微生物培养法  20
    2.4.2 BIOLOG 鉴定系统  20-21
    2.4.3 生物标记法  21
    2.4.4 分子生物学技术方法  21-22
    2.4.5 小结  22
  2.5 土壤微生物多样性影响因素  22-24
    2.5.1 土壤理化性质  22-23
    2.5.2 植被类型  23-24
3 黄河三角洲研究区域概况及样地设计  24-26
  3.1 黄河三角洲研究区域概况  24-25
  3.2 样地设计  25-26
4 土壤理化性质测定  26-34
  4.1 土壤理化性质测定方法  26-30
  4.2 理化性质数据结果  30-33
  4.3 结果讨论  33
  4.4 小结  33-34
5 高通量测序技术原理及测序结果  34-37
  5.1 前言  34
  5.2 技术原理及步骤  34-35
  5.3 数据计算方法  35
  5.4 高通量测序的统计学分析  35-37
6 土壤微生物群落结构对盐生植被演替过程的响应  37-60
  6.1 细菌相对丰富度与土壤电导率的关系  37-39
  6.2 细菌群落对盐生植被演替的响应  39-59
    6.2.1 不同演替下植被对土壤微生物群落结构的影响  39-44
    6.2.2 重盐胁迫下不同植被对土壤微生物群落结构的影响  44-49
    6.2.3 轻盐胁迫下不同植被对土壤微生物群落结构的影响  49-54
    6.2.4 耕作对土壤微生物群落结构的影响  54-59
  6.3 小结  59-60
7 不同演替阶段土壤微生物群落结构的比较  60-65
  7.1 各植被类型土壤中的细菌多样性指数  60-61
  7.2 土壤理化性质对土壤微生物及其指数的影响  61-65
    7.2.1 土壤理化性质对各细菌门的影响  61-62
    7.2.2 土壤理化性质对各细菌纲的影响  62-63
    7.2.3 土壤理化性质对各细菌属的影响  63
    7.2.4 土壤理化性质对各微生物多样性指数的影响  63-64
    7.2.5 小结  64-65
8 总结  65-67
  8.1 实验结果总结  65-66
  8.2 研究展望  66-67
参考文献  67-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

基于高通量测序技术下土壤微生物群落结构的研究

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