藏北高原草甸土壤固碳微生物群落特征随海拔和季节的变化

研究土壤固碳微生物丰度、群落结构、多样性差异及其影响因子对了解青藏高原土壤碳循环和固碳潜力具有重要意义。采用定量PCR(qPCR)、末端限制性片段分析(T-RFLP)、克隆文库和测序方法,研究了青藏高原草甸土壤固碳微生物丰度与群落结构随海拔和季节的变化,主要结果如下:1)随海拔升高高寒草甸土壤固碳微生物丰度显著升高,但季节变化不明显,不同类别微生物固碳基因cbbL丰度依次为:Form ICForm IABForm ID,其中Form IC类固碳微生物可达10~8拷贝数/g土壤,cbbL基因丰度与海拔、土壤含水量和铵态氮含量(NH_4~+-N)呈正相关关系,与土壤温度和pH值负相关;2)固碳微生物多样性和丰富度随海拔升高而升高,在4800m达到最大,且二者受季节影响较小,其群落结构随海拔升高而逐渐变化,主要受土壤pH值、海拔和土壤水分影响;3)Form IC类固碳微生物主要包括放线菌门和和变形菌门,其中α变形菌门是高寒草甸土壤优势固碳微生物类群。本研究有助于理解土壤微生物群落功能及其在土壤碳循环过程中的作用,为更准确评估高寒草甸土壤碳循环过程提供了科学依据。     

增温与降水变化对青藏高原高寒草甸土壤nirS反硝化菌群落丰度和群落结构的影响

全球变化已成为国际研究热点。青藏高原属典型生态脆弱带,该地区升温幅度更加明显,已导致大量冰川融化和明显降水变化,进而使该地区水循环和土壤水分发生巨大变化。温度和降水的变化可能会引起土壤微生物丰度和群落结构的改变,进而影响生物地球化学循环。但青藏高原地区土壤微生物群落结构和功能对全球变化响应的研究较少。研究了模拟增温和降水变化对青藏高原高寒草甸土壤nirS反硝化菌群落丰度和群落结构的影响。研究表明,增温1、2、4℃对nirS基因丰度影响不显著;增加降水100%时,增温4℃处理显著增加nirS基因丰度(P0.05)。在未升温与升温2℃背景下增加和减少降水对nirS基因丰度的影响不显著。增温和增减降水均显著影响nirS反硝化菌群落结构,且两个因子具有一定的交互作用。CCA结果显示,增温和降水的共同解释变量中,增温对nirS反硝化菌群落结构变化的影响达极显著(P0.01),解释了其中的54.2%,降水变化解释了45.5%(P0.05)。     

青藏高原草地土壤微生物研究进展

青藏高原高寒草地是高寒生态系统物种及遗传基因最丰富和最集中的地区之一,也是全球生物多样性的热点和敏感区域。青藏高原的重要性也越来越被重视,针对其研究也在逐年增长,而土壤微生物作为影响生态系统功能十分重要的因素在青藏高原的重要性不言而喻。本文介绍了青藏高原草地土壤微生物的组成和类型,评价了土壤中微生物的功能类群、影响因子以及这些微生物对气候变暖、降水格局改变和氮沉降增加的响应,以期加深对青藏高原草地土壤微生物的认识。     

不同腐熟程度有机物料对土壤微生物群落功能多样性的影响

室内培养条件下,施用有机物料初期土壤微生物群落代谢功能Shannon多样性指数降低,中期又提高。有机物料种类和腐熟水平可明显影响土壤微生物群落对Biolog微平板中碳源的利用能力,土壤微生物群落利用各类碳源的能力随培养试验的延长而降低,在25d内新鲜有机物处理对碳源的利用率的下降速度低于同类腐熟有机物料处理。糖类是各处理土壤微生物群落的主要利用碳源。土壤微生物群落主成分分析表明,在施用有机物料后25d内腐熟水平是影响土壤微生物群落的主要因素,新鲜有机物处理的土壤微生物群落相似,腐熟有机物处理的土壤微生物群落相似,培养50d后各处理的土壤微生物群落无差异。     

农业土壤微生物基因与群落多样性研究进展

介绍了群落基因组多样性、结构多样性与功能多样性相互关系的研究方法 ,重点论述了近年来农业土壤微生物群落遗传、结构与功能多样性的研究进展。同时总结了耕作措施和养分管理对农业土壤微生物群落多样性的影响 ,提出微生物序列分析、比较基因组学和微生物芯片技术与传统研究技术结合将有助于对微生物群落结构与功能和生物与环境因素对土壤微生物群落影响的深刻理解     

极地陆域微生物多样性研究进展

极地是指高纬度、高海拔地区,包括南极(60°S以南)、北极(60°N以北)和被称为“第三极”的青藏高原地区(平均海拔4,500 m).这些地区气温极低、养分极度贫乏,生态系统非常脆弱,对全球气候变化极为敏感,该地区生态系统一旦破坏将很难恢复.尽管极地地区自然条件恶劣,但在这些极端环境中栖息着大量微生物,是元素生物地球化学循环的主要驱动者,对极地生态系统的构建和维持具有非常重要的作用.本文综述了极地土壤、湖泊和冰川等陆域环境微生物研究进展.在这些极地环境中,目前已发现了Acidobacteria,Actinobacteria,Bacteroidetes,Cyanobacteria和Firmicutes等类群,这些微生物具有嗜盐/耐盐及耐低温等特征.我国在极地微生物生态学研究方面落后于发达国家,建议优先发展较易到达的青藏高原地区微生物生态学长期定位观测,这将有助于较快提升我国极地微生物多样性研究水平,深入了解极端生命过程及其生态学效应.     

水样保存方法对青藏高原湖泊可培养微生物的影响

青藏高原湖水中生存着大量适应极端环境的微生物,如耐冷及嗜冷菌。合适的湖水样品保存方法是野外取样的关键和开展深入研究的前提。本研究对比了冷冻和4℃冷藏两种保存方法对湖水中可培养微生物种类的影响。首先从不同保存方法样品中分离得到纯菌,然后对分离菌的16S rRNA测序进行菌种鉴定。结果表明,自冷冻保存湖水中分离得到7个不同的16S rRNA基因OUT(operational taxonomic unit),冷藏保存水样共分离得到14个不同的16S rRNA基因OTU。冷冻保存水样分离得到的可培养微生物包括芽孢杆菌、简单芽孢杆菌、微小杆菌、不动杆菌、苏云金芽孢杆菌;冷藏保存水样分离得到的微生物包括γ-变形菌、金黄杆菌、芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、寡养单胞菌、假炭疽杆菌、缺陷假单胞菌、细杆菌。研究表明,冷藏保存方法比冷冻保存方法可分离得到更多种类可培养微生物,这两种保存方法均分离得到了芽孢杆菌。     

纳木错湖水体固碳微生物数量、群落结构及其驱动因子

湖泊是微生物固碳的主要生态系统之一,但青藏高原湖泊水体固碳微生物群落的研究还罕见报道。以纳木错为例,采用定量PCR和克隆文库方法,研究湖水中cbbL ID基因丰度和固碳微生物群落组成,并分析其与环境参数的关系。结果显示:纳木错湖水中存在较高丰度的cbbL ID类型固碳微生物,从表层到底层呈增加趋势,T2点底层达到最高值(6.37×10~8拷贝L~(-1)湖水)。cbbL ID类型固碳微生物共分四个类群,即不等鞭毛类(Stramenopiles),定鞭藻纲(Haptophyceae),蓝藻(Cyanobacteria)和隐藻门(Cryptophyta)。其中占主要的是Stramenopiles和Haptophyceae。Stramenopiles类群的多样性较高(含7个纲,13个科),其他类群只有1个科。相关性分析表明Stramenopiles和Haptophyceae出现频率存在显著的负相关关系(P0.01)。湖水深度和pH与湖水cbbL ID基因丰度显著相关(P0.05,P0.01)。叶绿素含量与Stramenopiles和Haptophyceae出现频率显著相关(P0.01)。     

有机物料种类及腐熟水平对土壤微生物群落的影响

应用Biolog方法研究了温室盆栽番茄条件下,施用不同种类及不同腐熟水平的有机物料对土壤微生物群落的影响,施用有机物料60d后取土分析土壤微生物群落多样性及土壤微生物对Biolog微平板中胺、氨基酸、糖、羧酸、聚合物和其它类碳源的利用情况,结果表明,施用有机物料可提高土壤微生物群落多样性,施用新鲜酒糟的多样性指数略高于施用腐熟10d酒糟,牛粪不同腐熟水平对多样性影响显著,且对多样性具有正向或负向的影响;对照和施用酒糟的土壤微生物对聚合物的利用率高于施用牛粪处理,施用新鲜物料处理的土壤微生物对聚合物的利用率高于施用腐熟物料处理。     

围栏对青藏高原不同类型草地土壤原核微生物多样性的影响

草地退化是草地植被的倒退演替,导致生物多样性丧失和生态系统功能退化,围栏是恢复退化草地生态系统功能的有效管理措施。微生物是土壤中的重要组成部分,在维持草地生态系统稳定性和功能方面发挥着重要作用。然而,目前尚不清楚围栏如何影响不同类型草地土壤微生物群落。以青藏高原草甸、草原和荒漠草地三种草地类型的退化草地为研究对象,设置围栏和放牧两种处理,采用Illumina HiSeq高通量测序技术研究了围栏对土壤原核微生物群落多样性和群落结构的影响。结果表明：围栏未显著影响草甸土壤原核微生物的丰富度、Shannon多样性和均匀度,但显著增加了草原土壤的原核微生物的丰富度、Shannon多样性和均匀度（P<0.05）,稍降低了荒漠草地土壤原核微生物的丰富度、Shannon多样性和均匀度（P=0.086、0.072和0.099）。在围栏处理的草地中,土壤原核微生物丰富度、Shannon多样性和均匀度与年均温、干旱度和pH显著负相关（P<0.01）,与年平均降水量、溶解性有机碳、地上生物量和植物多样性显著正相关（P<0.01）。在放牧处理的草地中,土壤原核微生物丰富度、Shannon多样性和均匀度与年均温和干旱度显著负相关（P<0.05）,但原核微生物丰富度和Shannon多样性与所有土壤理化和植被因素均无显著相关性。冗余分析（RDA）表明,不同类型草地土壤原核微生物群落结构发生了显著的变化,并沿草甸、草原和荒漠草地的过渡逐渐转变（P<0.001）。方差分解分析（VPA）进一步表明,原核微生物群落结构变化主要受年均温、年平均降水量、干旱度和pH的驱动。围栏显著改变了不同类型草地中部分样点土壤原核微生物群落结构。三种草地类型的主要原核微生物优势门均为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）。放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度在荒漠草地土壤中最高,而变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度在草甸土壤中最高。此外,不同类型围栏和放牧草地土壤原核微生物类群的相对丰度均无显著差异。研究表明不同类型草地土壤原核微生物群落对围栏的响应不同,这为因地制宜制定草地管理措施提供了数据支持,为草地退化的防治提供了理论支持。