兩種典型水稻土剖面細(xì)菌生物多樣性及其礦物風(fēng)化效應(yīng)研究.pdf

1、水稻土是各種母質(zhì)土壤在淹水種稻過(guò)程中經(jīng)歷一系列物理、化學(xué)、生物作用的產(chǎn)物。在長(zhǎng)期的耕作活動(dòng)影響和氧化還原交替作用下，種植水稻的土壤在物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分以及土壤生物等方面具有獨(dú)特的特征。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們參與地球生物化學(xué)循環(huán)。近年來(lái)土壤微生物多樣性一直是微生物生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)問題。水稻土作為一個(gè)獨(dú)立的土壤類型以及我國(guó)很重要的土壤類型，探究其發(fā)生發(fā)育過(guò)程中的生物地球化學(xué)機(jī)制、土壤功能微生物群落演替及其影響因素，闡明水稻

2、土可持續(xù)利用機(jī)理是很有意義的工作。
　　本研究選擇我國(guó)兩種典型的發(fā)育母質(zhì)不同的水稻土——江蘇太湖水稻土和四川鹽亭的紫色水稻土，對(duì)水稻土跨越0-85cm深度的不同土壤的微生物多樣性進(jìn)行研究，并結(jié)合土壤特征環(huán)境因子數(shù)據(jù)分析，對(duì)環(huán)境因子與微生物多樣性的關(guān)系進(jìn)行研究。同時(shí)利用傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)和現(xiàn)代BIOLOG系統(tǒng)分別對(duì)水稻土不同深度土壤具有硅酸鹽礦物風(fēng)化能力的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和剖面中微生物的碳源利用能力進(jìn)行全面研究。
　　采用變性梯度凝膠電

3、泳(DGGE)技術(shù)對(duì)太湖水稻土和紫色水稻土兩個(gè)剖面不同深度土壤的細(xì)菌多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，太湖水稻土剖面中細(xì)菌歸屬于α-，β-，γ-和δ-Proteobacteria、Firmicutes、Chlorobia和Aquifica等7大類群，其中優(yōu)勢(shì)菌群為α-，β-，γ-，δ-Proteobacteria和Firmicutes。紫色水稻土剖面中細(xì)菌歸屬于α-，β-，γ-，δ-和ε-Proteobacteria、Actinobacter

4、ia、Firmicutes、Chloroflexi、Nitrospirae、Spirochaetes和Acidobacteria等11大類群，其中Actinobacteria、β-，γ-，δ-Proteobacteria乖Firmicutes為優(yōu)勢(shì)菌群。α-，β-，γ-，δ-Proteobacteria和Firmicutes是兩個(gè)土壤剖面共有的優(yōu)勢(shì)菌群。在兩個(gè)水稻土剖面中，一些優(yōu)勢(shì)菌群隨著采樣深度發(fā)生變化。
　　對(duì)水稻土剖面各層土

5、壤樣品中環(huán)境因子參數(shù)與DGGE圖譜量化得到的物種信息進(jìn)行典型分析，結(jié)果表明土壤環(huán)境因子對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。太湖水稻土剖面中細(xì)菌種群易受到土壤中Si、Fe、OM、pH等的影響，其中β-Proteobacteria與Si、pH相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（R=0.886，P＜0.01;R=0.889，P＜0.01），γ-Proteobacteria與Si、pH也存在顯著正相關(guān)(R=0.836，P＜0.01;R=0.746，P＜0.01)。紫色水

6、稻土剖面中Cu、Al顯著影響細(xì)菌種群分布，γ-Proteobacteria與Cu、Al存在明顯負(fù)相關(guān)（R=-0.6，P＜0.01;R=-0.544，P＜0.05），F(xiàn)irmicutes也與Cu、Al存在負(fù)相關(guān)(R=-0.635,P＜0.01;R=-0.55,P＜0.05)。
　　采用BIOLOG系統(tǒng)研究了兩種水稻土剖面不同深度土壤微生物群落功能多樣性的變化。研究結(jié)果表明，太湖水稻土中微生物多樣性指數(shù)H、McIntosh指數(shù)和碳源利

7、用能力均高于紫色水稻土，但物種均一性較紫色土低。兩個(gè)剖面中，各項(xiàng)指標(biāo)都隨著深度的增加而降低，并且都與Fe、Ca存在顯著相關(guān)性，這兩種因子可能對(duì)微生物代謝活性產(chǎn)生較大影響。兩個(gè)剖面各層土壤微生物均有各自優(yōu)先利用或利用較充分的碳源。
　　采用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法從兩個(gè)剖面不同深度土壤中共分離到975株細(xì)菌，研究了這些菌株在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)硅酸鹽礦物黑云母的風(fēng)化試驗(yàn)。結(jié)果表明，水稻土中存在大量具有礦物風(fēng)化能力的細(xì)菌，能從黑云母中明顯釋放出Fe

8、、Si、Al、K等元素，部分菌株具有產(chǎn)生鐵載體的能力。對(duì)這些供試菌株中的高效礦物風(fēng)化細(xì)菌進(jìn)行16SrDNA序列鑒定及系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析，結(jié)果表明，太湖水稻土中的267株高效細(xì)菌屬于Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes中的13個(gè)菌屬，優(yōu)勢(shì)礦物風(fēng)化細(xì)菌菌屬有Arthrobacter，Pseudomonas和Bacillus等。紫色水稻土中的381株高效細(xì)菌屬于Actinob

9、acteria、Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes中的27個(gè)菌屬，其中的優(yōu)勢(shì)菌屬有Bacillus，Pseudomonas和Pantoea等。紫色水稻土中高效礦物風(fēng)化細(xì)菌多樣性明顯高于太湖水稻土。兩種水稻中分離的礦物風(fēng)化細(xì)菌，分離自土壤表層的細(xì)菌具有更好的風(fēng)化能力。
　　對(duì)分離自兩種水稻土的細(xì)菌礦物風(fēng)化能力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較，發(fā)現(xiàn)太湖水稻土細(xì)菌對(duì)Si的釋放能力較強(qiáng)。來(lái)自太湖水稻土剖面各層

10、的同屬Arthrobacter和Bacillus的礦物風(fēng)化能力隨著深度的增加呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。
　　菌株1007與Sphingomonas屬的親緣關(guān)系最近，與同屬4株模式菌株的16SrRNA基因序列的同源性最高為97.05％-97.32％。菌株1007脂肪酸組分主要包括summedfeature8（可能是C18∶1ω7c或者C18∶1ω6c）(60.44％)、C16∶0(15.8％)和2-OH-C14∶0(3.94％)，未檢測(cè)到3-

11、OH脂肪酸，含有Sphingomonas屬特有的鞘糖脂SGL，主要異戊二烯醌為輔酶Q10。菌株1007G+C含量為71.09％，與4株模式菌株（SphingomonaspruniIFO15498T,SphingomonasmaliIFO15500T,SphingomonasjaponicaKC7T，和SphingomonaskoreensisJSS-26T）的DNA-DNA雜交同源性為20.1％-45.1％。綜合這些結(jié)果，我們提議菌株1