论文部分内容阅读
青藏高原是全球海拔最高、面积最大、最年轻的高原,发育着面积广阔的冻土土壤。冻土中蕴含有丰富的微生物资源,这些微生物是在冻土发育的不同历史时期、随冻土形成过程而沉积,其群落组成和生理特性是相应冻土形成时代气候环境条件的响应。另外,随着全球气候变暖,冻土退化加剧,活动层加深,微生物代谢活性随之变化,储藏于冻土中的丰富的含碳有机物将以C02和CH4等释放到大气中,加剧了全球变暖的进程。然而,在气候变暖的条件下,活动层微生物群落会如何变化,微生物群落组成在活动层和深层冻土中有何差异,目前还知之甚少。本研究以青藏高原多年冻土区甜水海湖盆53m沉积物为材料,利用荧光显微计数法和焦磷酸高通量测序技术研究了其中的细菌、真菌和古菌群落结构和分布,分析和探讨了微生物群落结构的变化及其与土壤理化性质之间的关系,主要研究结果如下：1.沉积物土壤理化性质及微生物总数：甜水海不同深度冻土沉积物呈碱性,碳氮含量偏低。土壤深度与全P和有机C之间具有极显著的正相关关系,而与土壤含水量呈极显著负相关。土壤中有机C含量与N含量之间呈极显著正相关。冻土微生物总数在2.97×108-2.45×109g-1之间,与土壤深度呈显著负相关。2.不同深度冻土细菌群落特征：研究区域内19个不同深度的位点,共测序得到有效细菌序列85828条,平均每个样品约4517条序列。所获细菌序列归为23个门类,383个属。其中优势细菌门类包括：Proteobacteria、Actinobacteria、 Firmicutes、Bacteroidetes、Gemmatimonadetes、Cyanobacteria、Acidobacteria、 Chloroflexi、Candidate_division_TM7和Nitrospirae。活动层和多年冻土中细菌群落组成和结构有所不同,例如Bacteroidetes在多年冻土层中丰度低于活动层,而相反,另一些菌群,如Firmicutes,其丰度在活动层则低于多年冻土层中。3.不同深度冻土真菌群落特征：甜水海18个不同深度的冻土位点,共测序得到有效真菌序列108091条,平均每个样品约6005条序列。所有真菌序列归为10个门类,329个属。其中优势门类为：Basidiomycota、Ascomycota、Fungi incertae sedis、environmental samples、Glomeromycota和Chytridiomycota。相关性分析显示,真菌群落OTUs数量、丰富度指数(ACE、Chao1)和Shannon多样性指数与土壤深度之间呈现极显著正相关性,并且OTUs、ACE和Chaol与总磷(TP)呈显著正相关性,而Shannon多样性指数与总磷(TP)呈极显著正相关性。真菌群落在活动层和多年冻土中存在差异,多年冻土中真菌群落的丰度和多样性均高于活动层。4.不同深度冻土古菌群落特征：甜水海14个不同深度的位点,共测序得到有效古菌序列50657条,平均每个样品约3618条序列。所有古菌序列都归为2大最主要的古菌门,Euryarchaeota和Crenarchaeota,并且Crenarchaeota丰度高于Euryarchaeota。Euryarchaeota门中大部分序列都是嗜盐古菌,表明甜水海地区的多年冻土可能起源于海洋,进一步验证了青藏高原是古海洋隆升的学说。古菌群落结构在活动层和冻土中存在差异,活动层Euryarchaeota相对丰度高于冻土中,与此相反,冻土中Crenarchaeota相对丰度高于活动层。以上研究结果表明,活动层和冻土中土壤理化性质,微生物数量,菌群多样性和组成结构等方面均表现出很大的差异,多年冻土长期处于低温、低水分和寡营养的状态,使得其中的微生物多样性和丰度低于活动层。同时,与多年冻土层相比,活动层受到的环境波动更大,从而引起活动层和冻土微生物群落组成结构的差异。