Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 塔里木盆地微生物群落结构及其在碳氮元素循环中的作用 | |
| 任敏 | |
| 出版年 | 2018 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 华中农业大学 |
| 中文摘要 | 全球荒漠生态系统为人们提供赖以生存和发展的基本物质,为推动经济发展、维持社会稳定和区域乃至全球提供稳定且极为重要的物质基础。其生态脆弱、单一、大型动植物分布受限,因而其微生物群落的动态分布对于我们认识荒漠生态服务的功能非常重要。塔里木盆地是我国非常典型的荒漠生态系统,土壤微生物群落结构的组成、变化及其在碳氮元素循环中的作用有待于进一步阐明。为此,我们测定塔里木盆地荒漠土壤理化性质、高通量测序分析土壤中微生物群落结构的变化、以及分离培养微生物,从而深入了解塔里木盆地土壤中微生物的重要代表群落组成及其在碳氮元素循环过程中的作用。1.塔里木盆地荒漠土壤理化性质我们从和田和沙雅六个采样点收集土壤样品共18份。检测每份样品的电导率、总碳、可溶性碳、总氮、硝态氮、铵态氮、交换性钾、交换性钠、交换性钙和交换性镁的含量,以及土壤pH值。数据表明土壤贫营养、多为盐碱土。通过双因素方差分析(ANOVA)发现两地土壤样品中总碳、可溶性碳、硝态氮、可溶性钙存在显著不同。2.宏基因组分析荒漠土壤微生物群落结构为了系统地认识土壤中微生物群落的组成、丰度及系统发育。18份土样通过宏基因组测序产生高质量reads平均为39,000,000-46,000,000条,长度大小150 bp。其中85%的reads通过质控,用于后续分析。我们利用QIIME内置ULCUST对宏基因组数据进行聚类,样品平均获得6375 OTUs,Chao1指数为25418个,α多样性指数大于8,样品物种丰富,物种多样性高。我们利用双因素方差分析(ANOVA)对采样点、采样区域以及二者之间对土壤微生物物种多样性影响进行相关性分析,无显著影响(p>0.05)。结合宏基因组测序数据,我们用MetaPlAn2软件分析微生物域、门、纲、目、科、属、种系统发育OTU的组成、丰度、系统发育。数据表明土壤中主要以细菌为主(平均丰度89.72%),也有较少比例的古菌(平均丰度7.36%),真核生物(平均丰度2.21%)我们发现变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)等为重要代表类群。而古菌域(Archaea)中广古菌门(Euryarchaeota)为主要代表。分析不同样品中微生物种水平的相关性(R~2=0.6~1.0)发现土壤样品间的微生物物种相关性高。进一步说明塔里木盆地微生物群落组成无地域差异。3.宏转录组分析荒漠土壤微生物群落结构为了系统地认识活跃的微生物群落组成。18份土样通过宏转录组测序产生高质量reads为13,000,000-37,000,000条reads,长度为200 nt,其中87%的reads通过质控用于后续分析。数据表明不同样品中细菌、古菌、真细菌、植物类病毒的基因转录活性存在很大不同。细菌在所有样品中最活跃(相对丰度为90.48%),真细菌和植物类毒体只在B1样品中最活跃(相对丰度为77.83%),古菌在A2、B1、C2、C3和D3样品中最为活跃(相对丰度为12.29%~39.07%)。比较系统发育门水平,所有样品中变形菌门的基因大量转录,而放线菌门的基因也有少量转录。4.嗜盐微生物是塔里木盆地最活跃的物种分析土壤中排名前10的微生物活跃物种进行分析发现,嗜盐微生物基因有大量转录。利用ANOVA分析发现不同样品的微生物活跃种水平相关性存在显著差异(p-value<0.01),这表明土壤样品间活跃物种呈现高度多样性。为了研究嗜盐微生物对塔里木盆地荒漠土壤的分子适应性,我们对Halobacterium sp.DL1和Halomonas elongate DSM 2581排名前500个功能基因表达进行富集。数据发现应激蛋白相关基因大量转录。这些数据说明嗜盐微生物可能通过提高应激蛋白的表达而适应高热、干旱的极端环境。5.分析塔里木盆地土壤中活跃的氮循环途径分析塔里木盆地土壤宏转录组数据,富集各样品中KEGG代谢通路中氮循环相关基因的表达量。分析表明,土壤中氮循环相关基因有高的转录活性,主要以异化硝酸盐还原途径、反硝化途径和硝化途径为主,变形菌门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、奇古菌门、广古菌门、放线菌门、泉古菌门、拟杆菌门为氮循环的主要贡献者,属水平上,嗜盐细菌和嗜盐古菌积极参与氮循环途径。6.分析活跃的CO_2固定途径分析塔里木盆地土壤宏转录组数据,富集各样品中KEGG代谢通路上与CO_2固定途径相关基因的表达量。分析表明我们发现塔里木盆地CO_2固定途径主要以C4-双羧酸循环、卡尔文循环、还原性三羧酸循环为主。变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门为CO_2固定途径主要参与者。 |
| 中文关键词 | 塔里木盆地 ; 微生物群落 ; 高通量测序 ; 嗜盐微生物 ; 氮循环 ; 碳固定 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | Q938 |
| 来源机构 | 华中农业大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/354648 |
| 作者单位 | 华中农业大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任敏. 塔里木盆地微生物群落结构及其在碳氮元素循环中的作用[D]. 华中农业大学,2018. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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