水稻土硝化/反硝化过程相互作用机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 张丹丹 |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张丽梅 |
| 关键词 | 水稻土 硝化作用 Paddy Soil 反硝化作用 Nitrification Amoa基因表达 Denitrification Nirk/nosz基因表达 Amoa Gene Nirk/nosz Gene |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 其他题名 | The microbial mechanism of denitrification associated with nitrification in paddy soils |
| 英文摘要 | 水稻是世界上重要的粮食作物之一，水稻土不仅在农业生产中具有重要地 位，其生态效应也越来越受到关注。随着粮食需求的不断增长，大量氮肥的投 入，不仅降低了稻田生态系统的生产力，同时由硝化和反硝化作用造成的氮肥 利用效率低、土壤硝态氮淋失和温室气体 N2O释放等环境问题。因此，本研究 以水稻土为研究对象，通过微宇宙模拟培养，结合15N同位素标记技术和硝化 抑制剂乙炔添加，以及功能基因转录表达分析，研究了不同干湿条件下土壤硝 化、反硝化作用及其功能微生物的变化特征，以揭示土壤硝化/反硝化过程相互 作用发生的环境条件及其中的微生物学机理，阐明二者相互作用对 N2O产生的 贡献，为土壤氮素管理和温室气体排放预测等提供参考。取得研究结果如下： （1）在不同水分条件下对滨海盐渍土（BH）、哈尔滨黑土（HEB）和桃源 红壤（TY）三种类型的水稻土培养结果显示 BH土壤和 HEB土壤具有较高的 硝化活性，但这两种土壤中 N2O产生速率均较低。而在 TY土壤中，硝化作用 在 60%WHC和 90%WHC条件下均明显发生，以 90%WHC处理下最强烈，同 时，在 90%WHC处理条件下，TY土壤 N2O释放，显著高于 60%WHC处理和 淹水处理，以及其他两种土壤，推测该水分条件可能导致了硝化/反硝化过程相 互作用的发生。 （2）基于以上结果，利用15N同位素标记技术对桃源红壤水稻土进行了深入研究，在 55%和 90%WHC两个水分条件下，利用未标记的和NH4NO3分别对土壤进行培养，并设置相应的加 0.2%C2H2抑制剂处理以抑制硝化作用，结果发现培养第 1天 90%WHC处理土壤 （90%-15 N）中 N2O释放量最高，显著高于同等含水量条件下加 C2H2抑制剂处理（90%-C2H2）和 55%WHC处理土壤（55%- 15N）和 7天后，表明反硝化作用是 N2O释放的主要来源；15N同位素计算结果由硝化作用驱动的反硝化作用占整个反硝化作用的贡献为86.0%，表明 90%WHC- 15NH4+处理土壤发生了硝化/反硝化过程相互作用，即该水分条件下硝化作用驱动反硝化作用，导致 N2O大量产生。 3）在 DNA水平上，氨氧化细菌（AOB）amoA基因在加 C2H2抑制剂的处理（90%-C2H2）中显著低于无抑制剂处理土壤，古菌（AOA）amoA基因和反硝化微生物 nirK和 nosZ基因在不同处理间无明显差异，但在 RNA水平上均表现出明显差异。AOA和 AOB的 amoA基因表达被迅速激活，且在 55%WHC处理中最高，随时间延长表达活性降低，乙炔添加显著抑制了 amoA基因的表达。在 90%WHC处理下，AOB amoA基因表达在第 1天显著高于第 7天，与观察到的 N2O释放一致，而 AOA amoA基因表达则相反。相似地，反硝化微 生物 nirK基因的转录活性也在第 1天被快速激活，且在不加 C2H2的处理中显著高于加 C2H2处理。此外，在加入底物后 1天，nosZ基因表达则在 90%WHC处理最高，第 7天后显著降低，表明反硝化过程被迅速启动，与 N2O产生的趋势一致。 （4）对 amoA, nirK和 nosZ基因的 cDNA克隆测序分析表明，90%WHC 和 55%WHC处理土壤中 AOA amoA基因以 Soil SedimentⅡ簇为主导，AOB amoA基因以 Nitrosospira C12簇为主导，且 Nitrosospira C12簇在 90%WHC处 理中占绝对优势，是该水分条件下硝化作用的主要驱动者；nirK基因的 cDNA 序列主要为 Bradyrhizobium，Mesorhizobium sp.和 Nitrosospira tenuis strain三个 类群所代表，且以 Nitrosospira tenuis strain占主导；nosZ基因的 cDNA序列主 要为 Bradyrhizobium，Shinella，Castellaniella，Uncultured bacterium和 Azoarcus 五个类群所代表，且以 Bradyrhizobium占主导。 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38741]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张丹丹. 水稻土硝化/反硝化过程相互作用机制[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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