论文摘要
三江源自然保护区位于青藏高原的腹地,是我国重要的生态安全屏障和水源涵养区,是维持草地生态系统功能和提供生态服务价值的重要区域。高寒草原是三江源地区重要的草地类型,在维持三江源生态系统稳定中具有举足轻重的作用。但由于人类经济活动和气候变化,高寒草原出现不同程度的退化,导致土壤微生物群落系统发生变化。而土壤微生物在地球化学循环中参与物质降解,促进土壤养分循环和能量流动,其结构和组成的变化既反映了生境变化,也反映了土壤质量和生态功能的改变,对草地生态系统的健康状况具有重要的指示作用。鉴于目前针对不同海拔高寒草原土壤微生物的研究工作还比较少的现状,本研究选取三江源地区高寒草原为研究对象,设置5个不同海拔梯度（3064 m,Ⅰ;3227 m,Ⅱ;3470 m,Ⅲ;3901 m,Ⅳ;4200 m,Ⅴ）,利用Illumina Miseq高通量测序技术、Biolog-ECO微平板技术和荧光定量PCR技术分析不同海拔梯度高寒草原土壤微生物群落结构、组成、多样性及其代谢功能特征,同时通过构建分子生态网络模型,分析高寒草原土壤微生物群落的网络结构,从而揭示高寒草原土壤微生物对海拔变化的适应机制。研究结果如下:1.海拔Ⅲ和Ⅴ的高寒草原具有较高的植被多样性和草地盖度,海拔Ⅰ的植被最高。除土壤全磷和全钾外,海拔变化对土壤理化因子影响较大。海拔升高导致土壤酶活性发生变化,纤维素酶和蔗糖酶活性在海拔Ⅴ较高,而脲酶活性在海拔Ⅳ,磷酸酶活性在海拔Ⅲ和多酚氧化酶活性在海拔Ⅰ较高。海拔变化导致植被特征、土壤理化性质和土壤酶活性关系发生变化。2.微生物群落α多样性随海拔升高而降低,群落结构差异显著。其中,优势细菌类群为变形菌门,放线菌门和酸杆菌门;优势真菌为子囊菌门和担子菌门,且高海拔有益真菌如被孢菌属和丝膜菌属丰度较高,而低海拔病原真菌如赤霉菌属较高。利用线性判别（LDA）效应大小分析方法（LEfSe）获得36种差异细菌,和32种差异真菌。同时,利用功能预测的手段（细菌为Tax4FUN,真菌为FUNGuild）发现碳水化合物代谢和氨基酸代谢是细菌主要的功能特征,而真菌群落主要以共生型和腐生型为主,其中,海拔Ⅰ和Ⅱ中还包含有较多病理型。此外,土壤微生物群落主要受土壤pH、磷酸酶活性和草地盖度的影响较大。3.Biolog-ECO分析结果显示,不同海拔梯度高寒草原土壤微生物平均颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而先升高后降低,以海拔Ⅳ最高。微生物碳代谢多样性指数均以海拔Ⅳ最高,与AWCD变化趋势相同。其次,主成分分析表明海拔变化导致土壤微生物群落碳代谢发生变化,糖类和酸类是微生物利用的主要碳源,其中有11种碳源的利用在各海拔梯度之间差异显著（p<0.05）。此外,RDA分析表明,脲酶、植被盖度、土壤容重和多酚氧化酶对不同海拔土壤微生物碳代谢多样性差异起主要作用,而土壤容重则起到了显著作用（p<0.05）。4.实时荧光定量PCR结果表明:固碳基因cbbM和cbbL丰度均随海拔梯度升高而增加,说明高海拔地区土壤微生物具有较大固碳潜力。纤维素酶基因（cellulase）丰度随海拔升高而增加,而淀粉酶基因（amylase）丰度呈相反趋势,说明高海拔地区土壤微生物可能具有较大分解顽固碳的潜力,而低海拔地区土壤微生物分解易分解碳潜力可能较大。淀粉酶与纤维素酶基因的比值随海拔升高而先减小后增加,在海拔Ⅳ最高,即海拔升高导致微生物对易分解碳的分解潜力增加。碳固定基因与碳分解基因的比值随海拔梯度升高而减小,即土壤微生物的固碳潜力随海拔梯度升高而减小。固氮基因nifH随海拔梯度升高而呈增加趋势。相关分析表明,参与碳循环和氮固定相关基因的丰度均与植被显著相关。而土壤碳含量是影响土壤中不同种类碳分解基因的主要因子。5.基于随机矩阵理论构建不同海拔高寒草原土壤细菌和真菌与环境因子和微生物代谢功能之间的分子生态网络模型。网络参数显示,同细菌网络相比,真菌网络结构松散,稳定性较低。固碳基因在细菌网络中具有较大连接度,而淀粉酶基因和固氮基因在真菌网络中具有较大连接度。同时,微生物对糖类和酸类物质的代谢能力较强,而磷酸酶活性、pH和植被盖度是影响微生物网络结构的关键因素。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 周恒
导师: 张德罡
关键词: 青藏高原,高寒草原,微生物,功能基因,分子生态网络分析
来源: 甘肃农业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,农业科技
专业: 自然地理学和测绘学,畜牧与动物医学
单位: 甘肃农业大学
基金: 国家重点研发项目“退化高寒草原恢复及生态功能提升技术与示范”(编号2016YFC0501900-02)
分类号: S812.2
DOI: 10.27025/d.cnki.ggsnu.2019.000033
总页数: 149
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标签：青藏高原论文; 高寒草原论文; 微生物论文; 功能基因论文; 分子生态网络分析论文;