内蒙古荒漠草原土壤微生物季节动态变化的研究

土壤对陆地生态系统的功能有深远的影响,它是自然界微生物聚集最多的场所和最适宜的生活环境。处于草原和荒漠两大陆地生态系统之间过渡区“边界”的荒漠草原,是景观各个组成部分间相互作用剧烈的一个生态环境脆弱带,对其研究意义很大。 本研究首次将传统方法和分子生物学方法(DGGE)结合,系统研究了内蒙古荒漠草原土壤微生物的季节动态变化。主要内容包括:内蒙古荒漠草原土壤微生物数量、生物量碳、土壤酶、土壤呼吸以及土壤养分等随季节变化而呈现的数量特征及变化趋势研究;应用DGGE方法分析确定不同季节土壤微生物的功能类群、优势微生物和特异性微生物种类的变化。本论文得到以下结论: ⑴内蒙古荒漠草原土壤中各类群微生物数量差异很大,其中数量关系是,细菌(好氧性)>放线菌>芽孢菌>自生固氮菌>真菌。土壤微生物总数、各类群微生物数量以及生物量碳具有明显季节动态变化。微生物数量冬春季较少,而夏秋季微生物活动旺盛、数量较多。微生物生物量碳春夏季较高,秋冬季较低。轻度退化样地DM微生物数量和生物量碳均要高于重度退化样地SH。 ⑵土壤酶和土壤呼吸强度季节动态变化明显。两个样地DM、SH的转化酶和过氧化氢酶季节动态变化规律相似,转化酶春冬较高,夏秋较低;过氧化氢酶活性春季最低,冬季活性最高。多酚氧化酶、脲酶和呼吸强度季节动态变化规律不相似,轻度退化样地DM多酚氧化酶、脲酶活性和呼吸强度春秋较高,夏冬较低。重度退化样地SH多酚氧化酶活性夏冬交高,春秋较低;脲酶活性季节夏秋较高,冬春较低;呼吸强度夏季最大。轻度退化样地DM土壤酶活性要高于重度退化样地SH,两个样地呼吸作用没有显著的差异。 ⑶土壤养分和含水量的季节动态变化规律明显,而PH动态变化不明显。土壤全碳和全氮含量夏季高,冬季低;全磷和全钾含量则冬季较高。土壤含水量春季较高,冬季最低。轻度退化样地DM的全碳、全氮、全磷及土壤含水量均要高于重度退化样地SH,而在土壤全钾含量和PH上两个样地没有显著性差别。 ⑷首次运用分子生物学方法对内蒙古草原生态系统土壤微生物进行了研究,添补了国内外学者未对此进行研究的空白。对于内蒙古荒漠草原土壤,用试剂盒提取DNA方便快速,提取的DNA可以进行后续的分子生物学分析。根据DGGE图像中带型数目和亮度的数字化结果分析,春、秋季微生物多样性最大,冬、夏季微生物多样性较低。轻度退化样地DM细菌的多样性指数要高于重度退化的样地SH。 ⑸根据分子生物学研究结果和系统进化树分析发现,内蒙古荒漠草原主要有3大类细菌种类组成:变型菌门、拟杆菌门和酸杆菌门。在克隆的16条条带中,不可培养细菌共11条,约占总细菌数的70%,体现出现代分子生物技术(DGGE)在土壤微生物研究中的优越性。