广东省四种松林林地土壤微生物物种多样性差异研究.pdf
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1、第 卷 第期 年月陕西 林 业 科 技S h a a n x iF o r e s t S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yV o l N o J u n d o i:/j i s s n 收稿日期:作者简介:欧阳余旋(),男,汉族,广东高州人,林业工程师,从事林地资源管理与调查等工作.广东省四种松林林地土壤微生物物种多样性差异研究欧阳余旋,史怀豫,林卫龙(茂名市国有厚元林场,广东 茂名 )摘要:土壤微生物在地球化学循环中扮演着重要角色,很多生态功能和土壤微生物物种的丰富度密切相关.研究不同林地土壤微生物物种之间的差异,可以加深对不同林地土壤生态的了解,寻
2、找松科植物林地土壤微生物群落特征的共性.本研究基于传统的土壤微生物研究原理和方法,以二代高通量测序技术为辅助,研究了种松林林地土壤微生物的多样性.结果表明,加勒比松、湿地松、马尾松林地土壤真菌香农指数差异不显著,但显著高于湿加松(P );湿地松林地土壤的细菌香农指数与湿加松差异不显著,但显著高于加勒比松(P )和马尾松(P );门分类水平下种松林林地土壤真菌和细菌结构相似,其中优势真菌门为子囊菌门、担子菌门、球囊菌门,优势细菌门为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门;在属分类水平下,不同林地土壤大量真菌和细菌属存在差异,显著差异真菌、细菌属平均丰度和最高的分别为L o p h o
3、t r i c h u s、G e mm a t i m o n a s.综上所述,种松林林地土壤微生物物种多样性具有明显的差异,这些差异可能造就了不同的土壤生态功能,但需进一步研究明确优势土壤微生物功能性及与地上植物的关联性.关键词:松科植物;土壤微生物;物种多样性中图分类号:S 文献标志码:A文章编号:()D i f f e r e n c e o f S o i lM i c r o b i a l S p e c i e sD i v e r s i t y i nF o u rP i n eF o r e s t s i nG u a n g d o n gOUYANGY u x u
4、 a n,S H IH u a i y u,L I N W e i l o n g(M a o m i n gC i t yS t a t eo w n e dH o u y u a nF o r e s tF a r m,M a oM i n g,G u a n g d o n g )A b s t r a c t:S o i lm i c r o o r g a n i s m sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h eg e o c h e m i c a lc y c l e,a n dm a n ye c o l o g i c a lf
5、u n c t i o n sa r e c l o s e l y r e l a t e d t o t h e r i c h n e s so f s o i lm i c r o b i a l s p e c i e s T os t u d y t h ed i f f e r e n c eo f s o i lm i c r o b i a l s p e c i e sd i v e r s i t y i nd i f f e r e n t f o r e s t l a n d s c a nd e e p e n t h eu n d e r s t a n d i
6、 n go f s o i l e c o l o g y i nd i f f e r e n t f o r e s t l a n d s a n d f i n d t h e c o mm o n n e s so f s o i lm i c r o b i a l c o mm u n i t yc h a r a c t e r i s t i c s i np i n a c e a e f o r e s tl a n d s B a s e do n t h e t r a d i t i o n a l p r i n c i p l e s a n dm e t h
7、o d so f s o i lm i c r o b i a l r e s e a r c h,a s s i s t e db y t h e s e c o n dg e n e r a t i o nh i g h t h r o u g h p u t s e q u e n c i n g t e c h n o l o g y,t h i s s t u d ys t u d i e d t h e s p e c i e sd i v e r s i t yo f s o i lm i c r o o r g a n i s m s i nf o u rp i n ef o
8、r e s t s T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i ns o i lf u n g a l a r o m a i n d e xa m o n gP i n u s c a r i b a e a,P i n u s e l l i o t t i i,a n dP i n u sm a s s o n i a n af o r e s t s,b u t i tw a ss i g n i f i c a n t l yh i g
9、h e r t h a nt h a to fP i n u se l l i o t t i i c a r i b a e a(P );T h eb a c t e r i a l a r o m a i n d e xo fP i n u se l l i o t t i i f o r e s t s o i lw a sn o t s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t f r o mt h a to fP i n u s e l l i o t t i iP i n u s c a r i b a e a,b u tw a ss i g
10、 n i f i c a n t l yh i g h e r t h a nt h a t o fP i n u s c a r i b a e a(P )a n dP i n u sm a s s o n i a n a(P )A tt h ep h y l u mc l a s s i f i c a t i o nl e v e l,t h e s t r u c t u r e so f s o i l f u n g i a n db a c t e r i a i n t h e f o u rp i n e f o r e s t l a n d s a r es i m i
11、l a r,a m o n gw h i c ht h ed o m i n a n t f u n g a lp h y l aa r eA s c o m y c o t a,B a s i d i o m y c o t aa n dC o c c i d i o s p o r a,a n dt h ed o m i n a n tb a c t e r i a lp h y l aa r eP r o t e o b a c t e r i a,A c t i n o m y c e t e s,A c i d o b a c t e r i a,C h l o r o f l e
12、x i,a n dB a c t e r o i d e s A t t h el e v e lo fg e n u sc l a s s i f i c a t i o n,t h e r ea r ed i f f e r e n c e si nt h ea b u n d a n c eo ff u n g ia n db a c t e r i a lg e n e r a i nd i f f e r e n t f o r e s t s o i l s T h e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e a
13、v e r a g e a b u n d a n c e a n dh i g h e s ta b u n d a n c eo f f u n g i a n db a c t e r i a lg e n e r aa r eL o p h o t o t r i c h u sa n dG e mm a t i m o n a s,r e s p e c t i v e l y I t i sc o n c l u d e dt h a t t h e r ea r eo b v i o u sd i f f e r e n c e s i ns o i lm i c r o b i
14、 a l s p e c i e sd i v e r s i t yo f t h e f o u rp i n e f o r e s t s,w h i c hm a yr e s u l t i nd i f f e r e n ts o i l e c o l o g i c a l f u n c t i o n s F u r t h e rr e s e a r c hi sn e e d e dt oc l a r i f yt h ef u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c so f d o m i n a n t s
15、o i lm i c r o o r g a n i s m s a n d t h e i r r e l a t i o n s h i pw i t ha b o v e g r o u n dp l a n t s K e yw o r d s:P i n a c e a ep l a n t s;s o i lm i c r o o r g a n i s m;s p e c i e sd i v e r s i t y马尾松P i n u sm a s s o n i a n a、湿地松Pe l l i o t t i i、加勒比松Pc a r i b a e a、湿加松Pe l
16、l i o t t i iPc a r i b a e a均属松科松属乔木树种.其中马尾松分布于非洲南部、台湾、中国大陆秦岭淮河以南,湿地松分布于中国山东南部以南至美国南部的世界广大区域,加勒比松分布于加勒比海地区(年引种到国内),湿加松是湿地松和加勒比松的杂交种,它们除了作为木材,还可以改善立地环境条件,是广东省的主要造林树种.植物物种多样性维持、土壤肥力吸收与利用、物质降解与循环等生态系统功能会因土壤微生物物种多样性的丧失及其群落结构的简化而被进一步消弱.土壤微生物在森林生态系统中扮演分解者的角色,其资源丰富度、生长、代谢以及与环境的互作都影响着土壤有机碳的转化.尤其是它能将地上林木同生态
17、系统的养分循环联系起来,调节着森林生态系统的功能.近年来关于林地土壤微生物的研究很多,主要集中于物质转换规律及机理、物种多样性及功能性研究、群落特征以及与环境因子互作关系等.研究表明较高的土壤微生物多样性对养分交换、植物获取营养能力以及潜在生产力都有促进作用;良好的土壤水肥条件,可促进沙棘林地土壤弗兰克氏菌属细菌的相对丰度,从而提高沙棘根系的固氮能力;较强的稀有细菌类群的A l p h a多样性对碳分解有促进作用;杨梅等固氮树种的种植有利于土壤固氮菌的群落构建;不同土地利用方式对土壤微生物的物种多样性和功能性有显著影响.因此探究不同林地土壤的微生物多样性,可为不同森林生态系统管理提供科学依据.
18、土壤中可分离培养的微生物在全球土壤微生物种资源库占比不足 ,大量的微生物的不可培养是探究土壤微生物多样性及其生态功能的障碍,传统的方法不足以满足当下科研目标的需求,基于分子生物最新理论和技术在土壤微生物多样性研究中的最新利用逐渐突破了传统研究解释度低的研究障碍,研究结果更趋于真实,大量微生物新物种及其功能性被鉴定和发现.与大多数森林系统一样,土壤微生物也是人工造林的松林生态系统中不可获取的一部分,具有一定的生态功能性,当前人们相关研究较少,所以本研究以个松林林地的土壤为研究对象,采用基于I l l u m i n aM i S e q平台的高通量测序技术,探究它们的真菌和细菌物种多样性差异,从
19、而为人造松林的林地土壤微生物多样性及资源开发利用提供理论支撑.材料与方法 试验地概况个松林林地均位于广东省茂名市国有厚元林场内(W,E),该区域属亚热带季风气候区,年平均气温在 之间,年降雨量 mm,年平均日照时数 h,平均海拔在 m之间.试验设计分别在马尾松、湿地松、加勒比松、湿加松林地各划定 m的样方(m m),样方内沿“Z”型点采集离地深度 c m的土壤进行混合,将混合土样分为份分别进行D NA提取、P C R扩增以及高通量测序(次重复),共计 个土样.D NA提取和P C R扩增使用D NA抽提试剂盒(MPB i o m e d i c a l s,美国)进行土样微生物群落总D NA抽
20、提,使用方法详见其说明书,使用的琼脂糖凝胶电泳检测D NA的 提 取 质 量,使 用N a n o D r o p 测 定D NA浓度和纯度.Sr R NA基因V V 可变区和I T S 基因的引物分别为 F(A C T C C T A C G G GAG G C AG C AG)R(G GA C T A CHVG G G TWT C T AAT)和I T S F(C T T G G T C AT T T AGAG GAAG T AA)I T S R(G C T G C G T T C T T C AT C GAT G C).P C R扩 增 参 照C h e nB等 的方法进行.基于I l
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