基于高通量测序的两种高寒草甸土壤原核生物群落特征研究

土壤微生物在生态系统中具有重要的生态功能,研究青藏高原高寒草甸的土壤原核生物群落组成及其主要影响因子,对揭示青藏高原独特的微生物地理区系和预测全球环境变化的影响有重要意义。利用Illumina Miseq高通量测序技术,结合分子生态网络,对青藏高原高寒沼泽化草甸和高寒草甸的土壤原核生物的群落组成特征进行了分析。结果共检测到23145个OTUs,可分为2个古细菌类群和33个已知的细菌类群;其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门为土壤的优势菌群,相对丰度累计超过79%;高寒草甸原核生物的多样性高于高寒沼泽化草甸,两种草甸类型原核生物群落特征具有显著差异性(P0.001)。分子生态网络分析表明,高寒草甸网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比高寒沼泽化草甸网络更能抵抗外界环境变化,在应对气候变化时具有更高的稳定性;典范对应分析(CCA)和分子生态网络的分析结果均表明,土壤p H值是影响土壤原核生物群落特征的主要影响因子。综上所述,土壤微生物群落的组成变化对于评估其对全球气候变化的响应具有重要的指示作用,土壤原核生物群落特征在不同的高寒草甸土壤中具有显著差异,了解其变化规律和影响因子,能为高寒草甸生态系统的适应性管理和应对气候变化提供理论依据。     

基于功能基因芯片技术的高寒草甸土壤微生物功能基因研究

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变化的影响具有重要意义。本研究选择三江源地区高寒沼泽化草甸和高寒草甸这两种草甸类型土壤微生物为对象,利用微生物功能基因芯片(GeoChip4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究。结果表明:两种草甸样地共检测到各类型功能基因45818个,涉及到16类微生物介导的关键生物过程;除趋势对应分析和不相似性检验结果均表明,不同草甸类型的微生物功能基因结构有明显差异;检测到土壤微生物参与的所有碳代谢过程和关键的氮循环过程,高寒沼泽化草甸比高寒草甸具有较高的碳降解相关功能基因和氮素基因丰度和代谢潜力,但两种草甸类型的土壤有机碳和全氮含量相对稳定;典范对应分析结果表明,土壤p H值和土壤含水量是影响微生物功能基因结构的主要因素。综上,本研究结果有助于了解环境变化对高寒草地生态系统结构和功能的影响,可为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据。     

人参种植对林地土壤细菌群落结构和代谢功能的影响

揭示人参种植对土壤微生物群落结构和代谢功能的影响,对防治人参连作障碍具有重要的理论意义。利用高通量测序技术研究了林地和由林地开垦耕种人参3a和4a后土壤微生物群落结构和代谢功能的变化。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、绿弯菌门(Chloroflexi)是林地和人参种植土壤微生物的主要优势类群。林地开垦种植人参后,土壤放线菌门和疣微菌门的相对丰度显著增加,土壤酸杆菌门的相对丰度显著降低;而土壤微生物多样性指数明显降低。除趋势对应分析(DCA)显示不同种植a限人参的土壤微生物群落结构存在明显差异。Tax4Fun功能预测表明,人参种植后土壤微生物的萜类化合物和聚酮类化合物代谢与信号转导功能的相对丰度显著降低,而膜转运功能的相对丰度增加。典范对应分析(CCA)和Partial Mantel Test分析表明,土壤速效钾、全钾含量和土壤pH值是影响土壤微生物群落结构的重要因子。因此,林地开垦种植人参对土壤微生物群落结构、多样性以及代谢功能产生了显著影响,土壤速效钾、全钾含量和pH值是影响土壤微生物群落结构的重要因素。     

不同干扰方式下热带雨林土壤微生物群落自然恢复特征和构建机制

为探明植被自然恢复过程中的森林土壤微生物群落恢复特征和构建机制,本研究利用Illumina高通量测序技术,选择热带雨林经刀耕火种、皆伐和择伐3种干扰方式后自然恢复40～60年的森林类型以及老龄林为对象,研究森林土壤微生物的群落结构及其相互关系,并利用Null模型定量分析确定性过程和随机性过程在微生物群落构建过程中的相对贡献。结果表明,刀耕火种干扰后,全氮、水解性氮和速效钾等土壤理化性质与老龄林无显著差异,但植物多样性仍显著低于老龄林(P<0.05);土壤细菌的多样性指数与老龄林无显著差异,而土壤真菌的丰富度指数显著低于老龄林(P<0.05)。皆伐和择伐干扰后全氮、有效磷和速效钾等大多数土壤理化性质以及植物多样性显著高于老龄林(P<0.05),但土壤微生物多样性无显著差异。3种不同干扰方式后的土壤微生物群落结构与老龄林存在显著差异(P<0.05)。分子生态网络分析表明,刀耕火种和皆伐降低了土壤微生物网络复杂性,且土壤细菌的网络结构(总节点数、总连接数和模块性)大于真菌;而择伐增加了土壤微生物网络复杂性。Null模型分析表明,不同干扰类型的土壤微生物群落随机性过程相...