闽江河口潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构和丰度的研究

【摘要】：应用PCR-RFLP技术、克隆测序及实时定量PCR技术对闽江河口鳝鱼滩湿地3个不同优势沼泽植被带土壤中产甲烷菌和硫酸盐还原菌的群落结构、丰度及其空间分布特征进行了研究,同时分析了产甲烷菌和硫酸盐还原菌的群落结构、丰度与土壤理化因子、甲烷产生速率之间的关系。闽江河口芦苇、短叶茳芏、互花米草湿地土壤(0-30cm)中检测到的产甲烷菌类群包括：甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷球菌目(Methanococcales)。甲烷微菌目(Methanomirobiales)是闽江河口鳝鱼滩湿地3个优势植被带沼泽湿地的优势类群,暗示闽江河口湿地0-30cm土层甲烷产生的主要途径为H2/CO2.不同植被类型的湿地土壤中,产甲烷菌的主要菌属各不相同；在同一植被类型湿地不同土壤深度中,产甲烷菌群落的分布也呈现出垂向变化的特征。Methanoregula在3种植被类型湿地中均为优势菌属。芦苇、短叶茳芏、互花米草湿地土壤(0-30cm)中产甲烷菌数量的平均值依次为3.72×108copies g-1dws、3.39×107copies g-1dws和5.68×107copies g-1dws。芦苇沼泽湿地土壤(0-30cm)产甲烷菌的平均丰度显著高于短叶茳芏沼泽湿地产甲烷菌的平均丰度(F(1,16)=20.581,P0.001)和互花米草沼泽湿地产甲烷菌的平均丰度(F(1,16)=17.751,P0.001)。此外,同一植被类型不同土壤深度中产甲烷菌的丰度也呈现出垂向变化特征。闽江河口芦苇、短叶茳芏和互花米草沼泽湿地土壤(0-30cm)中检测到硫酸盐还原菌的类群包括：脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)、脱硫杆菌目(Desulfobacterales)、互营杆菌目(Syntrophobacterales)和梭菌目(Clostridiales),其中脱硫杆菌目(Desulfobacterales)是优势类群。不同植被类型湿地土壤中硫酸盐还原菌的主要菌属各不相同,在同一植被类型湿地不同土壤深度中硫酸盐还原菌群落的分布也呈现出垂向变化的特征。Desulfosarcina和Desulfobacterium在3种植被类型湿地中均为优势菌属。芦苇、短叶茳芏、互花米草沼泽湿地土壤(0-30cm)中硫酸盐还原菌数量的平均值依次是8.95×107copies g-1dws、1.55×107copies g-1dws和2.40×107copiesg-1dws。芦苇沼泽湿地土壤(0-30cm)硫酸盐还原菌的平均丰度显著高于短叶茳芏沼泽湿地的平均丰度(F(1,16)=26.449,P0.001)和互花米草沼泽湿地的平均丰度(F(1,16)=19.013,P=0.001)。同一植被带不同土壤深度中硫酸盐还原菌的丰度也呈现出垂向变化的特性。通过回归及相关分析发现,产甲烷菌的丰度与土壤有机碳含量符合冥函数方程硫酸盐还原菌的丰度与土壤有机碳含量符合对数函数方程而与其它土壤理化因子相关性不显著(P0.05)。RDA和CCA分析表明：产甲烷菌群落组成与盐度具有极显著的相关性(P=0.002),与pH具有显著的相关性(P=0.036),与SOC、TN、SOC/TN不具有显著的相关性(P0.05)；硫酸盐还原菌的群落组成与pH具有极显著的相关性(P=0.004),与土壤含水量(SMC)具有显著的相关性(P=0.022),与SOC、TN、SOC/TN、盐度不具有显著的相关性(P0.05)。3种植被带土壤综合分析显示甲烷产生速率随产甲烷菌和硫酸盐还原菌丰度的增加而显著提高(但相关性较弱,R2和P值分别为：和对单个植被带进行回归分析,仅短叶茳芏沼泽土壤甲烷产生速率与产甲烷菌丰度有显著的线性回归关系单个植被类型沼泽湿地土壤甲烷产生速率与硫酸盐还原菌丰度均没有显著的相关关系(P0.05,n=9)。 【关键词】：产甲烷菌 硫酸盐还原菌 PCR-RFLP real-time qPCR 群落结构 丰度 潮汐沼泽湿地
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S154.3
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-13
• 绪论13-35
• 1 产甲烷菌和硫酸盐还原菌的分类13-15
• 1.1 产甲烷菌的分类13-14
• 1.2 硫酸盐还原菌的分类14-15
• 2 天然湿地产甲烷菌和硫酸盐还原菌多样性检测的标记基因15-16
• 2.1 16S rRNA基因15
• 2.2 功能基因15-16
• 3 天然湿地产甲烷菌和硫酸盐还原菌多样性检测的分子生物学方法16-21
• 3.1 产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构分析的分子生物学方法16-19
• 3.2 产甲烷菌和硫酸盐还原菌丰度分析的分子生物学方法19-21
• 4 天然湿地甲烷产生及其与产甲烷菌、硫酸盐还原菌的关系21-25
• 4.1 天然湿地甲烷的产生21-23
• 4.2 甲烷的产生及其与产甲烷菌、硫酸盐还原菌的关系23-25
• 5 影响天然湿地产甲烷菌和和硫酸还原菌多样性的生态因子25-29
• 5.1 温度25-26
• 5.2 土壤pH26-27
• 5.3 植被类型27-28
• 5.4 基质28-29
• 5.5 盐度29
• 6 本研究的目的和意义29-32
• 7 拟解决的科学问题及技术路线32-35
• 第一章 材料与方法35-47
• 1.1 研究区概况35-36
• 1.2 分子生物学主要试剂及仪器36-38
• 1.3 土样的采集与预处理38
• 1.4 土壤理化性质的测定38-39
• 1.5 甲烷产生速率的测定39-40
• 1.6 土壤总DNA的提取40
• 1.7 mcrA基因的扩增及克隆文库的构建40-41
• 1.8 mcrA基因克隆文库的RFLP分析和测序41
• 1.9 dsrAB基因的扩增及克隆文库的构建41-42
• 1.10 dsrAB基因克隆文库的RFLP分析和测序42
• 1.11 功能基因的序列分析和系统发育树的构建42
• 1.12 多样性分析的相关指数42-43
• 1.13 产甲烷菌数量的测定43-44
• 1.14 硫酸盐还原菌数量的测定44-46
• 1.15 数据分析方法46-47
• 第二章 不同植被类型湿地土壤产甲烷菌的群落结构47-75
• 2.1 芦苇沼泽湿地产甲烷菌的群落结构48-55
• 2.2 短叶茳芏沼泽湿地产甲烷菌的群落结构55-61
• 2.3 互花米草沼泽湿地产甲烷菌的群落结构61-67
• 2.4 讨论67-74
• 2.5 本章小结74-75
• 第三章 不同植被类型沼泽湿地土壤产甲烷菌的丰度75-91
• 3.1 利用qPCR技术进行湿地土壤产甲烷菌丰度的测定76-84
• 3.2 利用MPN法进行产甲烷菌丰度的测定84-86
• 3.3 讨论86-88
• 3.4 本章小结88-91
• 第四章 不同植被类型沼泽湿地土壤硫酸盐还原菌的群落结构91-121
• 4.1 芦苇沼泽湿地硫酸盐还原菌的群落结构92-99
• 4.2 短叶茳芏沼泽湿地硫酸盐还原菌的群落结构99-106
• 4.3 互花米草沼泽湿地硫酸盐还原菌的群落结构106-113
• 4.4 讨论113-119
• 4.5 本章小结119-121
• 第五章 不同植被类型沼泽湿地土壤硫酸盐还原菌的丰度121-137
• 5.1 利用qPCR技术进行硫酸盐还原菌丰度的测定122-131
• 5.2 利用MPN法进行硫酸盐还原菌丰度的测定131-133
• 5.3 讨论133-136
• 5.4 本章小结136-137
• 第六章 产甲烷菌和硫酸盐还原菌与土壤理化因子及甲烷产生的关系137-147
• 6.1 不同植被类型沼泽湿地土壤的理化特征138-140
• 6.2 产甲烷菌和硫酸盐还原菌丰度与土壤理化因子之间的关系140-141
• 6.3 产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落组成与土壤理化因子之间的关系141-144
• 6.4 产甲烷菌和硫酸盐还原菌的丰度与甲烷产生之间的关系144-145
• 6.5 讨论145-146
• 6.6 本章小结146-147
• 第七章 结论与展望147-151
• 7.1 结论147-150
• 7.2 本文的创新点150
• 7.3 研究建议及展望150-151
• 附录151-171
• 参考文献171-191
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果191-193
• 致谢193-195
• 个人简历195-199

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