长期不同施肥土壤中草酸氧化微生物群落差异研究

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摘要：草酸碳酸盐途径 (OCP)是以真菌和细菌为主体的生物地球化学途径，该途径能将大气中的CO2以CaCO3的形式固定在土壤中，并引起土壤的碱化，氧化草酸细菌是该途径中的关键元素。目前，草酸碳酸盐途径在农田生态系统中的研究还不多见，氧化草酸细菌群落更是鲜有研究。本实验旨在探究不同施肥制度下氧化草酸细菌群落结构的不同。实验首先发现投入草酸钙后，单施有机肥的土壤能更快地耗竭草酸钙，从而导致单施有机肥土壤和单施化肥土壤在土壤呼吸和pH变化上的不同；接着定量氧化草酸钙关键功能基因frc，发现frc基因丰度的大小和变化存在差异；最后采用SIP技术分析发现，利用草酸钙的主要功能菌群存在明显差异。实验证明了不同施肥制度导致氧化草酸细菌群落结构不同，向更好地理解草酸碳酸盐途径迈进了一步。43582

关键词：草酸碳酸盐途径；氧化草酸细菌；不同施肥制度

Investigation of the differences in the microbial community structure of oxalotrophic bacteria under different fertilization systems

Abstract：The oxalate-carbonate pathway (OCP) is a biogeochemical pathway based on fungi and bacteria, which can fix CO2 in the atmosphere in the form of CaCO3 and cause alkalization of the soil. Oxalotrophic bacteria is the key instrumental in it. At present, OCP research in the farmland ecosystem was rare, study about oxalotrophic bacteria community was more rare. The aim of this study was to investigate the differences in the microbial community structure of oxalotrophic bacteria under different fertilization systems. The experiment first found that after the application of calcium oxalate, M treatment decomposed calcium oxalate faster, resulting in M treatment and NPK treatment differing in soil respiration and pH changes. Then quantification of frc, the key gene of decomposing calcium oxalate, showed that frc gene abundance differed in M and NPK treatment. Finally, the use of SIP technology showed that there are significant differences in the main functional flora using calcium oxalate. Experiments proved that different fertilization systems lead to different bacterial community structure of oxalotrophic bacteria. This made us understand the oxalate-carbonate pathway better.

Key words: Oxalate-carbonate pathway；Oxalotrophic bacteria；Different fertilization systems

摘要1

关键词1

Abstract1

Key words1

引言2

1材料与方法3

1.1实验土样 3

1.2实验设计3

1.3 土壤理化性质测定3

1.3.1 土壤pH值的测定3

1.3.2土壤样品的DNA提取 4

1.3.3 土壤样品细菌16S rRNA的Miseq测序4

1.3.4 二氧化碳排放测定4

1.3.5 SIP试验4

1.3.6 Real-time PCR4

1.4 数据结果分析4

1.4.1 土壤理化性质数据分析4

1.4.2 高通量数据分析4

2 结果与分析4

2.1 二氧化碳排放4

2.2 frc基因丰度6

2.3土壤pH6

2.4 基于C13标记的NMDS分析7

3 讨论 8

4 结论 8

致谢9

参考文献9

长期不同施肥土壤中草酸氧化微生物群落差异研究土壤酸化是土壤质量退化的主要表现之一，其原本是一个较为缓慢的过程，但由于人类活动的影响，使土壤酸化过程大大加速。土壤酸化是由于自然与人为因素造成盐基性阳离子的减少，而氢、铝离子增加，使得土壤的pH降低[1]，形成酸性土壤，导致大量营养元素有效性下降，土壤供肥保肥的能力降低，影响作物的产量与品质。在我国酸化土壤面积大、分布广，酸化强度高、危害大，根据统计数据，我国酸化面积达2亿hm2，约占全国面积的23%，主要分布在长江以南热带、亚热带两大地区。大部分酸性土壤pH值低于5.5，酸化严重的土壤pH值甚至低于4.5[2]，而近三十年来，中国农田土壤的pH值平均更是下降了0.5个单位。土壤的酸化会严重影响土壤的质量，有研究表明，酸化会导致土壤交换性酸和铝的增加，这直接导致了酸化土壤对作物产生危害[3]。同时，土壤酸化会影响根系形成，酸化土壤中铝的毒害对根系的抑制作用最为明显，植物在铝胁迫的条件下，根尖和侧根会变短且硬化，根伸长也会受到抑制[4]。土壤酸化还会影响作物对大量元素和有益中量元素的吸收。研究表明，在酸化土壤中，存在硝酸还原酶的活性和合成被铝抑制的现象，从而干扰了作物根系对氮的吸收、同化和转移[5]。所有的影响几乎都会导致一个结果，作物产量的降低。