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古尔班通古特沙漠生物结皮对氨氧化菌群差异分布的影响

文献类型:学位论文

作者刘鑫
答辩日期2020-09-30
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
导师荣晓莹
关键词氨氧化菌群 生态位 荒漠土壤 潜在氨氧化速率 氮素转化 Ammonia-oxidizing microbes Niche Desert soil Potential ammonia oxidation rate Nitrogen transformation
学位专业工程硕士
其他题名Effects of biological crusts on the differential distribution of ammonia-oxidizing microorganisms in Gurbantunggut Desert
英文摘要生物土壤结皮(生物结皮) 是古尔班通古特沙漠地表的重要覆被类型,在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色,氨氧化过程是氮素循环的限速步骤, 目前, 我们仍不清楚荒漠生物结皮系统对沙漠土壤氨氧化微生物的作用。本研究利用荧光定量 PCR(fluorescent quantative PCR, qPCR)方法分析不同季节生物结皮覆盖与去除结皮不同土层(0-2, 2-5, 5-10 和 10-20 cm)氨氧化菌群丰度特征,利用高通量测序的方法分析结皮覆盖与去除结皮不同土层氨氧化古菌(ammoniaoxidizing archaea, AOA)的微生物群落结构,结合氨氧化速率和土壤理化参数,以期探究生物结皮对荒漠土壤氨氧化微生物的影响以及冻融期荒漠土壤氮素转化过程。我们分析发现氨氧化古菌是古尔班通古特沙漠土壤的优势氨氧化菌群。生物结皮显著抑制表层(0-2 cm)土壤 AOA 和 0-20 cm 层土壤 AOB(ammonia-oxidizingbacteria, AOB) amoA 基因的丰度(P < 0.05)。 AOA 在次表层(2-5 cm) 土壤中amoA 基因丰度最高(1.4×104 – 8.7×104 copies·g-1), AOB 在去除结皮表层土壤中amoA 基因丰度最高(6.8×103 – 2.6×104 copies·g-1)。 AOA amoA 基因丰度在夏季(Summer) 显著增加(P < 0.05), AOB amoA 基因丰度在冬季(Winter) 最高(P< 0.05)。冗余分析(redundancy analysis, RDA)结果显示土壤温度、全碳以及全氮含量、电导率、含水量和 pH 是影响荒漠生态系统氨氧化微生物 amoA 基因丰度最重要的环境因子。古尔班通古特沙漠土壤氨氧化古菌主要隶属于泉古菌门(Crenarchaeota)。荒漠生物结皮与结皮下层土壤 AOA 群落结构具有显著差异, 次表层土壤 AOA群落多样性显著高于表层土壤(P < 0.001)。 OTU61 是表层和次表层土壤 AOA群落优势氨氧化菌 OTU,生物结皮表层和次表层土壤该 OTU 相对丰度分别为75%和 40%。冻融期生物结皮覆盖显著降低表层土壤 AOA amoA 基因的丰度以及 0-20 cm层土壤 AOB amoA 基因丰度(P < 0.01),同时生物结皮显著增加 2-20 cm 层土壤AOA amoA 基因丰度(P < 0.05)。 荒漠土壤不同土层潜在氨氧化速率(Potentialammonia oxidation rate, PAR) 也具有显著差异(P < 0.001)。 结皮表层土壤 PAR显著大于去除结皮表层土壤 PAR(0.20 – 0.38 μg·N day-1·g-1 > 0.14 – 0.19 μg·N day-1·g-1)(P < 0.01),显示生物结皮对冻融期荒漠表层土壤氨氧化过程具有促进作用。 土壤全碳、全氮以及铵态氮含量、电导率和含水量是显著促进冻融期荒漠结皮土壤氨氧化过程的重要环境因子。冻融期荒漠土壤氨氧化古菌同其他季节主要属于泉古菌门(Crenarchaeota)。方差分析发现结皮覆盖与去除结皮处理对 AOA 群落结构没有显著影响, 表层土壤 AOA 多样性、丰富度以及均匀度显著低于次表层、下层以及深层土壤(P <0.05)。冻融期, 土壤氨氧化古菌主要属于泉古菌门(Crenarchaeota)。 结皮覆盖与去除结皮对土壤 AOA 的群落结构无显著影响,次表层、下层以及深层土壤 AOA的群落多样性、丰富度以及均匀度都显著高于表层土壤(P < 0.05)。表层土壤优势 AOA 菌群更偏好高水、高氮的富营养环境,而深层土壤优势 AOA 菌群与之相反,而且表层土壤优势 AOA 菌群可能更有利于促进氨氧化作用。综上所述, 我们认为生物结皮与去除结皮不同处理多种土壤环境因素协同作用,促使古尔班通古特沙漠氨氧化古菌和细菌随生物结皮垂直梯度以及不同季节差异分布,并耦合环境因子促使氨氧化菌群时间空间生态位分化和介导荒漠土壤的氨氧化过程。本研究为认识温带荒漠结皮系统的氮素转化提供基础依据。
学科主题生物工程
语种中文
源URL[http://ir.xjlas.org/handle/365004/15437]  
专题中国科学院新疆生态与地理研究所
新疆生态与地理研究所_研究系统
作者单位中国科学院新疆生态与地理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
刘鑫. 古尔班通古特沙漠生物结皮对氨氧化菌群差异分布的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020.

入库方式: OAI收割

来源:新疆生态与地理研究所

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